Thiết kế cầu qua sông Đà, Hòa Bình
PhÇn II : thiÕt kÕ kÜ thuËt Chơng I : Tính toán bản mặt cầu +Chiều dài tính toán: L = 42m +Khổ cầu: B=( 8 + 2*1.5 )m +Tải trọng: đoàn xe HL93, ngời đi bộ: 300kg/m 2 +Quy trình thiết kế BGTVT 22 TCN 272-05. +Tiêu chuẩn thiết kế đờng ôtô TCVN4054-05. Vật liệu : +Cờng độ bêtông 28 ngày tuổi MPaf c 30 ' . +Cờng độ thép thờng MPaF y 400 . I .Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu. -áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng theo TCN 4.6.2( điều 4.6.2 của 22TCN272-05) . Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các gối là các dầm. II. Xác định nội lực bản mặt cầu 1 Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực: Bản mặt cầu làm việc theo hai giai đoạn. 1 Giai đoạn một : Khi cha nối bản , bản làm việc nh một dầm cống son ngàm ở sờn dầm 2 Giai đoạn hai : Sau khi nối bản, bản đợc nối bằng mối nối ớt, đổ trực tiếp với dầm ngang. 2%2% 1/2 mặt cắt trên trụ1/2 mặt cắt giữa nhịp TL 1:100 a-Tính toán bản hẫng : -Xác định chiều dày bản mặt cầu: Chiều dày bản tối thiểu theo AASHTO là 175(mm) Với dầm đơn giản : H min = 30 )3000(2.1 S = 30 )30002080(2.1 =203.2(mm)>175(mm) Chọn h s = 205(mm) làm chiều dày chiu lực của bản mặt cầu,cộng thêm 15(mm) hao mòn ,trọng lợng bản khi tính là 220(mm). 1 -Trọng lợng bản mặt cầu : W s =H b x c = 220 x 2.4x10 -5 =528 x10 -5 N/mm 2-Trọng lợng lớp phủ: -Lớp phủ mặt cầu : + Bê tông Asphalt dày 5cm trọng,lợng riêng là 22,5 KN/m 3 . + Bê tông bảo vệ dày 3cm trọng,lợng riêng là 24 KN/m 3 . + Lớp phòng nớc Raccon#7(không tính) + Lớp tạo phẳng dày 3 cm,trọng lợng riêng là 24 KN/m 3 . Tên lớp Bề dày (m) TL riêng (KN/m 3 ) Khối lợng (KN/m 2 ) BT Asfalt 0,05 22,5 1,12 BT bảo vệ 0,03 24 0,72 Lớp tạo phẳng 0,03 24 0,72 Tĩnh tải rải đều của lớp phủ tính cho 1mm cầu là: 2,56(KN/m)72,072,012,1W DW 3 -Trọng lợng lan can : P b =(( 865x180+(450-180)x75+50x255+535x50/2+(450-230)x255/2))x2.4x10 -5 = 5.75N/mm 150 50 270 255 450 75 865 180 cấu tạo lan can 1- Nội lực do tĩnh tải ( Nội lực tính cho dải bản ngang có chiều rộng là 1 mm) a ) Nội lực do bản mặt cầu W s : Sơ đồ: S=2080mm ,h =200mm , mmNxW s /10480 5 ) Momen dơng và âm tại giữa nhịp và gối của dầm liện tục có thể lấy: M= 12 2 Sw s =1444 N.mm/mm Việc xếp tĩnh tải do bản mặt cầu thể hiện nh bản vẽ: Ws 104 208 208 đối với tải trọng phân bố đều,các diện tich trong bảng nhân với S để tính lực cắt và S 2 để tính mômen R 200 = W S xdiện tích thực không có đoạn hẫng xS =4.80x10 -3 (0.3928)2080=3.58 (N/mm) M 204 =W s x diện tích thực không có đoạn hẫngxS 2 =4.83x10 -3 (0.0772)2080 2 =1337.72(N.mm/mm) M 300 = W s x xdiện tích thực không có đoạn hẫngxS 2 =4.8x10 -3 (-0.1071)2080 2 =-1855.83 (N.mm/mm) b)Do bản hẫng Các tham số h 0 =230(mm),W 0 =5.42x10 -3 (N/mm 2 ) và L=1250(mm).Việc đặt tĩnh tải lên bản hẫng thể hiện trên hình . W 0 =5.42x10 -3 Wo 104 208 208 Theo bảng A1 phản lực của dầm I ngoài và momen là: R 200 =W 0 x(diện tích DAH doạn hẫng) L =5.42x10 -3 (1+0.635 104 208 )1040 =6.78(N/mm) M 200 =-W 0 x(diện tích DAH doạn hẫng) 2 L =5.42x10 -3 (-0.5)1040 2 =-2445.78(N.mm/mm) M 204 =W 0 (diện tích ĐAHđoạn hẫng) L 2 =5.42x10 -3 (-0.2460)1040 2 =-1203.32(N.mm/mm) M 300 =W 0 (diện tích ĐAH đoạn hẫng)L 2 =5.42x10 -3 (0.135) 1040 2 =660.36(N.mm/mm) c)Do lan can Tải trọng lan can coi nh một lực tập trung có giá trị mmNP b /75.5 đặt tại trọng tâm của lan can .Xếp tải lên đah để tìm tung độ đah tơng ứng .Tra bảng với: mmL 800150950 1 . 1040 900 Pb=5.75 N/mm 200 300 400 2080 2080 2080 150 R 200 = P b x (tung độ đah) R 200 = P b (1+1.270L 1 /S) =575000x10 -5 x(1+1.127x900/2080)=8.5N/mm M 200 = P b x (tung độ đah)x L 1 M 200-b =P b (-1xL 1 ) =575000x10 -5 x(-1x900)=-4628.75 N mm/mm M 204 = P b x (tung độ đah)x L 1 M 204 =P b (-0.4920xL 1 ) =575000x10 -5 x(-0.4920x900)=-2277.35N mm/mm M 300 = P b x (tung độ đah)x L 1 M 300 =P b (0.27xL 1 ) =575000x10 -5 x(0.27x900)=1249.76 N mm/mm Nội lực tính cho dải bản trong( nằm giữa 2 sờn dầm ) d) Nội lực do lớp phủ W DW Sơ đồ : 25 /75.168 mmNW DW Dùng bảng tra với :L2=600mm Wdw 450 20802080 200 300 400 450 2080 2080 1050 700600500 20801040 R 200 = W DW ((diện tích đah đoạn hẫng )L 2 +(Diên tích đah không hẫng)S ) R 200 = W DW ((1+0.635x S L 2 )x L 2 +0.3928xS) =244 M 200 = W DW ((diện tích đah đoạn hẫng )x 2 2 L M 200-DW = W DW (-0.5) x 2 2 L =168.75x10 -5 x(-0.5)x600 2 =- 211 N mm/mm M 204 = W DW x[(diện tích đah đoạn hẫng)x 2 2 L +( diện tích đah không hẫng)x 2 S ] M 204 = W DW [(-0.246)x 2 2 L +(0.0772)x 2 S ) =168.75x10 -5 x[(-0.246)x600 2 +(0.0772)x2080 2 ]=366.49 N mm/mm M 300 = W DW x[(diện tích đah đoạn hẫng)x 2 2 L +(diện tích đah không hẫng)x 2 S ] M 300 = W DW x[(0.135)x 2 2 L +(-0.1071)x 2 S ) =168.75x10 -5 x[(0.135)x600 2 +(-0.1071)x2080 2 ]=- 595.5 N mm/mm 2. Xác định nội lực do hoạt tải : 2.1 Mômen dơng lớn nhất do hoạt tải bánh xe: *Ti trng: Tớnh theo ti trng trc 145KN, ti trng mi bỏnh xe trờn trc gi thit bằng nhau và cách nhau 1800mm, xe tải thiết kế được đặt theo phương ngang cầu để gây nội lực lớn nhất, vậy tim của bánh xe cách lề đường không nhỏ hơn 300mm khi thiết kế bản hẫng và 600mm tính từ mép làn thiết kế, 3600mm khi thiết kế các bộ phận khác. Chiều rộng của dải bản trong (mm) chịu tải trọng bánh xe của mặt cầu đổ tại chỗ là: - Khi tính bản hẫng: 1440 + 0.833X - Khi tính mômen dương: 660 + 0.55S - Khi tính mômen âm: 1200 + 0.25S ( X là khoảng cách từ bánh xe đến tim gối) 2.2.1. Tính cho dải bản trong (Tức là dải bản nằm giữa 2 sườn dầm): * Mômen dương lớn nhất do hoạt tải bánh xe: + Với các nhịp bằng nhau (S), mômen dương lớn nhất gần đúng tại vị trí 204 (0.4S của nhịp B-C): S = 2080 => S W + = 660 + 0.55S = 660 + 0.55*2080 = 1705m - Trường hợp 1: Khi xếp 1 làn xe (m = 1.2): - Sơ đồ: §ah M204 204 405305205 600500400300200 SS S/2S/2 SS W 1800 W=72.5KN y1 y2 0.4S - Phản lực tại gối 200: R 200 =m*(y 1 v – y 2 v )*(W/ S W + ), trong đó, m là hệ số làn xe Khi 1 làn xe : m = 1.2 Khi 2 làn xe : m = 1.0 R 200 = 1.2*(0.5100-0.0775)*(72.5*10 3 /1705)= 22.07 kN/m - Mômen tại vị trí 204: M 204 = m * (y 1 M – y 2 M )*S*(W/ S W + ) = 1.2*(0.2040-0.031)*2080*(72.5*10 3 /1705) = 16772.38 Nmm =16.77 kNm/m - Trường hợp 2 : Khi xếp 2 làn xe (m = 1): - Sơ đồ: 0.4S y2 y1 W 1800 W S S S/2 S/2 S S 200 300 400 500 600205 305 404 204 §ah M204 W=72.5KN y3 y4 501.8 1800 - Phản lực tại gối 200: R 200 = m*(y 1 v – y 2 v + y 3 v – y 4 v )*(W/ S W + ) = 1*(0.5100-0.0775+0.0214-0.004)*( 72.5*10 3 /1705) = 19.13 KN/m - Mômen tại vị trí 204: M 204 = m * (y 1 v – y 2 v + y 3 v – y 4 v )*S*(W/ S W + ) = = 1*(0.2040-0.031+0.0086-0.0016) *2080* ( 72.5*10 3 /1705) = 14542.52 Nmm/mm = 14.54 kNm/m So sánh 2 trường hợp trên ta chọn Max{TH1;TH2}, Chọn TH1: R 200 = 22.07 KN/m , M 204 = 16.77 kNm/m * Mômen âm lớn nhất tại gối trong do hoạt tải bánh xe: - Thường mômen âm lớn nhất đặt tại gối C (Điểm 300) - Chiều rộng dải bản khi tính mômen âm là S W - S W - = 1220 + 0.25S = 1220 + 0.25*2080 = 1695mm - Trường hợp 1: Khi xếp 1 làn xe (m = 1.2): Đường ảnh hưởng M300 có tung độ lớn nhất tại điểm 206 - Sơ đồ: - Phản lực tại gối 200: R200=m*(y1 v – y2 v )*(W/ S W - ), trong đó, m là hệ số làn xe Khi 1 làn xe : m = 1.2 Khi 2 làn xe : m = 1.0 R200 = 1.2*(0.2971-0.06815)*(72.5*10 3 /1695)= 11.75 N - Mômen tại vị trí 300: M300 = m * (-y 1M – y 2M )*S*(W/ S W- ) = 1.2*(-0.1029-0.06815)*2080*(72.5*10 3 /1695)= -16681.16 Nmm - Trường hợp 2: Khi xếp 2 làn xe (m = 1): Theo lý thuyết trong sách “Cầu bê tông cốt thép trên đường ôtô” của GS-TS Lê Đình Tâm rằng: Mômen do xe thứ 2 nhỏ hơn 20%(m = 1) b. Tính cho bản hẫng (Bản mút thừa): *Tải trọng: Tải trọng lấy như đối với tính dải bản phía trong, vị trí bánh xe ngoài đặt cách mép lan can 300mm hay 310mm tính từ tim dầm chủ. * Mômen âm do hoạt tải trên bản hẫng: Sơ đồ: 300 y1 S/2 §ah M200 204 405305205 600500400300200 SS S/2S/2 SS W 1800 W=72.5KN SL=S/2 S W=72.5KN 500 X S Wo = 1240 + 0.833X. Chỉ tính mômen âm của bản hẫng nếu: X = (L Bc 600) > 0 Thay s: X = (1040 450 600) =0 => S Wo = 1240 + 0.833*0 = 1240 mm do ú, phi tớnh mụmen õm do hot ti: M 200 = - m*W*(L Bc 300)/ SWo ) = -1.2*72.5*10 3 *(950-450-300)/1306.6 M 200 = -13317 Nmm/mm =-13.32 kNm/m * Mô men dơng lớn nhất do hoạt tảI : Tải trọng bánh xe ngoài đặt cách mép lan can 300 mm tính từ tim dầm chủ.chiều rộng làm việc của dải bản cũng lấy nh bản hẫng - S : Đah R200 1 W=72.5KNW S S S/2 S/2 S S 200 300 400 500 600205 305 405 206.7 1800 y1 y2 R200 = m*(y 1v + y 2v )*(W/ S Wo ) = 1.2*(1.1105+0.27075) * 72.5*10 3 /1306.6 R200= 98.51 kN/m 2.2.2. T hp ni lc (do tnh ti v hot ti) ca bn: A. Mụmen v lc ct theo TTGH cng 1: T hp ti trng thng ng cú th tớnh theo cụng thc. i Q i = [ p DC+ p DW+1.75(LL+IM)] Trong ú: := D R I 0.95 D =0.95 ct thộp c thit k n chy.[A1.2.3] R =0.95 Bn liờn tc.[A1.3.4] I =1.05 cu quan trng [A1.3.5] Do ú: I =0.95(0.95)(1.05)=0.95. H s ti trng cho tnh ti p ly tr s ln nht nu hiu ng lc tng thờm v tr s nh nu hiu ng lc nh i [Bng.1.2]. Tnh ti DW l trng lng lp ph bờtụng nha v DC l tt c cỏc ti trng tnh khỏc. M u = 0.95*( p1 *( M Wo + M Pb + M ws )+ p2 * M Wdw +1.75*(1+IM)*M W ) Qu = 0.95*( p2 *( Q Wo + Q Pb + Q Ws )+ p2 * Q Wdw +1.75*(1+IM)*Q W ) Trong ú: [...]... 0.35d + với b=1mm 6.4 0.35d 52.5 Đạt yêu cầu As bd 0.03 0.68 1 *152 f 'c fy 4.47.10 3 0.03 f 'c fy 3.75.10 3 Đạt yêu cầu 3.2 Tính cốt thép chịu mô men âm : Mu = 36084.77KNm; d = 132mm A' s Th chn: + Kiểm tra hàm lợng cốt thép tối đa : Mu 330d 36084.77 330 *132 A' s f y a 0.85 f ' c b 0.83 * 400 0.85 * 50 a 0.83 mm2/mm 0.35d - với b=1mm 7.81 0.35d- 46.2 Đạt yêu cầu + Kiểm tra hàm lợng cốt thép tối thiểu... tối thiểu : A' s bd 0.83 1 *132 0.03 f 'c fy 6.3.10 3 yêu cầu 3.3 Kiểm tra cơng độ theo mô men : a Theo mô men dơng: Mn = As fy(d - a /2) = 0.9 x 0.68x 400 x(152 -6.4/2) 0.03 f 'c fy 3.75.10 3 Đạt =36426.24 Nmm/mm (Với =0.9) Mn > Mu Đạt yêu cầu b Theo mô men âm : A' s fy(d - a /2) =0.9 x400 x(132 0.83/2) =47370.6 Nmm/mm Mn = Mn > Mu Đạt yêu cầu 3.4 Kiểm tra chống nứt : + ứng suất kéo fS fSa = Z/(dc... 23000/(45.2.45.1)1/3 = 1443.8 MPa Kết luận: fS < fSa =0.6 fy = 240 MPa đạt b Theo mômen âm : 0,5bx2 = n AS(d - x) + n AS (d - x ) 0,5 bx2 = 6 * 0.68(45 -x ) + 6* 0.83(132 -x ) 0,5 bx2 = 183.6 -4.08x + 538.56 - 4.98x Giải phơng trình ta có : x = 30< d=45 ICT = 303/3 + 6*0.68(45 - 30)2 + 6*0.83(132- 30)2 ICT = 61729.92mm4/mm Vậy ta có : M 21392.66 n y I fS = = 6x 61729.92 x(132-30) = 212.1 MPa Kết luận: fS < fSa =... phủ mặt cầu: + Bê tông Asphalt dày 5cm trọng,l-ợng riêng là 22,5 KN/m3 + Bê tông bảo vệ dày 3cm trọng,l-ợng riêng là 24 KN/m3 + Lớp phòng n-ớc Raccon#7(không tính) + Lớp tạo phẳng dày 3 cm,trọng l-ợng riêng là 24 KN/m3 Bề dày TL riêng Khối l-ợng Tên lớp 3 (m) (KN/m ) (KN/m2) BT Asfalt BT bảo vệ Lớp tạo phẳng 0,05 22,5 1,12 0,03 0,03 24 24 0,72 0,72 Tĩnh tải rải đều của lớp phủ tính cho 1mm cầu là:... *A) n : Tỉ số mô đun đàn hồi vật liẹu dầm /bản :n =55/30 = 1.354 Eb :Môđun đàn hồi của vật liệu làm dầm E d :Môđun đàn hồi của vật liệu làm bản mặt cầu I g :Mômen quán tính của dầm không liên hợp eg :khoảng cách giữa trọng tâm dầm và trọng tâm bản mặt cầu eg = Yt +ts/2 =976 + 100 = 1076 mm A:Diện tích dầm chủ đúc tr-ớc Kg = 1.354(3.2172297 x10 11 + 10762*816625) =1.71578.1012 dầm ngoài dầm ngoài S... 1240 800 150 25 2% 25 150 45 2% 65.0 104 ố dầm chủ 5x208 : n=6 Khoảng cách dầm chủ : s=2080mm Chiều dài dầm : Ld=42m Chiều dài tính toán : Ltt=41.5m Chiều cao dầm : Hd=1900mm Chiều cao bản : hb=200mm Khổ cầu : B=8+2*1.5m 104 20750 L/2 1950 GốI 2000 1000 200 650 300 2000 1000 250 650 A Tính Nội Lực I Tĩnh tải cho 1 dầm 1 Tĩnh tải giai đoạn 1 ( g1) 2150 2150 110 110 200 80 800 200 80 800 650 800 80 200... -Các hệ số 1 2 = 1) -Môđun đàn hồi của bêtông: Ec = 0.043 c c 1.5 f 'c = 2400 kg/ m3 fc = 50 MPa Ec = 35749.53 MPa ES = 200 000 MPa n= ES / Ec = 6 As dc hf d d' A's x a Theo mômen dơng : b = 1 mm Ta giả thiết x d , dc = 45 mm , d = 45 mm , d = 152 mm, hf = 185 Ta có : 0,5bx2 = n AS(d - x) + n AS (d - x ) 0,5 bx2 = 6 * 0.83(45 - x ) + 6* 0.68(152 - x ) 0,5 x2 = 224.1- 4.98x + 620.16 - 4.08x Giải phơng... 50Mpa - Ct thộp: fy = 400Mpa - Dựng ct thộp ph epụcxy cho bn mt cu v lan can Chiu cao cú hiu qu ca bn bờtụng khi un dng v õm khỏc nhau vỡ cỏc lp bo v trờn v di khỏc nhau Chiều cao có hiệu lực của bản mặt cầu - Lp bo v ( Theo Bng 5.12.3-1): + Mt cu bờ tụng trn chu hao mũn: 60mm + Bn ỏy ỳc ti ch: 25mm Gi thit dựng N015: db = 16mm, Ab = 200mm2 Trong ú: hf = Hb 15mm = 200 15 = 185mm - ddng = 200 15 - 25... e =1 mg ME =1x0.568=0.568 M c Hệ số phân phối mô men của ng-ời : mgng=Wng-ời =(0.736+1.263)*1.5/2 = 1 Ta có bảng tổng hợp nh- sau : Xếp tải Dầm trong Dầm ngoài 1 làn xe 0.4 0.2526 2 làn xe 0.568 0.568 Kết luận :Hệ số phân phối mômen khống chế lấy : mgM= 0.568 3.Hệ số phân phối lực cắt : 3.1.Tính hệ số phân phối lực cắt cho dầm trong : a.Tr-ờng hợp xếp 1 làn xe: S SI mg V =0.36+ =0.61 7600 b.Tr-ờng hợp... b.Tr-ờng hợp xếp 2 làn xe : MI ME mg V =e*mg V ,với e =0.6- 500 =0.433 3000 ME mg V =0.433x0.7=0.3031 Ta có bảng tổng hợp nh- sau : Xếp tải Dầm trong Dầm ngoài 1 làn xe 0.61 0.2526 2 làn xe 0.7 0.3031 Kết luận :Hệ số phân phối lực cắt khống chế lấy : mgV =0.7 4.Nội lực do hoạt tải (không có hệ số): 4.1 Tại MC Gối:(MC 100) a.Nội lực do mômen : M gối =0 b.Nội lực do lực cắt : Vgối 110 110 ql=9.3Kn/m . 1800mm, xe tải thiết kế được đặt theo phương ngang cầu để gây nội lực lớn nhất, vậy tim của bánh xe cách lề đường không nhỏ hơn 300mm khi thiết kế bản hẫng. 600mm tính từ mép làn thiết kế, 3600mm khi thiết kế các bộ phận khác. Chiều rộng của dải bản trong (mm) chịu tải trọng bánh xe của mặt cầu đổ tại chỗ là: