ĐỒ án THIẾT kế cầu bê TÔNG cốt THÉP đề tài THIẾT kế cầu dầm bê TÔNG cốt THÉP dự ỨNG lực, NHỊP GIẢN đơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC, NHỊP GIẢN ĐƠN Ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Chuyên ngành:XÂY DỰNG CẦU ĐƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : T.s Mai Lựu Sinh viên thực : Thới Ngọc Hiệu Mã số sinh viên : 17H1090008 Lớp : CD17CLCA TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2022 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TƠNG GVHD: T.S MAI LỰU LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, hạ tầng giao thông tảng vật chất có vai trị đặc biệt quan trọng trình phát triển kinh tế – xã hội đất nước Hạ tầng giao thơng có đại, đồng tạo đà cho kinh tế tăng trưởng, ổn định bền vững Bởi vậy, phát triển hạ tầng giao thông nhiệm vụ quan trọng quốc gia nói chung Việt Nam nói riêng Xã hội ngày phát triển, nhu cầu lại người lại tăng cao, việc sử dụng phương tiện người vô cần thiết.Và ngàng Cầu- Đường yếu tố có vai trị quan trọng việc phát triển kinh tế, nhu cầu lại Sau thời gian hồn thành hai mơn học “ Kết cấu bê tông cốt thép” “ Cầu bê tông cốt thép” hướng dẫn dạy nhiệt tình thầy Mai Lựu giúp cho em hồn thành tốt hai mơn học tích luỹ vốn kiến thức để đăng kí đồ án “ Cầu bê tông cốt thép” thầy Với dạy tận tình hướng dẫn chi tiết Thầy, với động viên cổ vũ gia đình, bạn bè nổ lực thân giúp em hoàn thành tốt đồ án tiến độ Do thời gian làm đồ án có hạn trình độ cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy Ts.Mai Lựu tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian qua Ngoài ra, đồ án có tham khảo số tài liệu: - Tiêu chuẩn AASHTO LRFD 2012 - TCVN 11823-2017 - Sách Hướng dẫn Tính tốn cầu bê tơng cốt thép(Ts.Mai Lựu, Ths Lê Hồng Lam) - 22TCN 272-05 - Công ty Bê tông 620 - Công ty cáp VSL - Cùng đồ án mẫu anh/chị khoá trước i ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi đến Viện đào tạo chất lượng cao SHAPE đặc biệt thầy khoa Cơng trình giao thơng nói chung, mơn Cầu nói riêng lời cảm ơn chân thành Nhờ có hỗ trợ kịp thời từ Viện SHAPE, bảo, dạy dỗ tận tình thầy khoa, trang bị cho sinh viên chúng em kiến thức cần thiết cho hành trang bước tiến vào đời Em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến với thầy T.s Mai Lựu, thầy người thầy vừa có tâm có tầm, nhiệt huyết với nghề nhà giáo, thầy tận tình giảng dạy kiến thức chuyên môn kiến thức ngành nghề cho em, thầy người trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện tốt để em hồn thành đồ án Với kiến thức, chia sẻ, kinh nghiệm quý báu mà thầy dành cho chúng em, em xin cảm ơn thầy! Ngoài ra, em xin gửi lời cảm ơn đến anh chị, bạn khoa, bậc tiền bối trước hỗ trợ, giúp đỡ, chia sẻ tài liệu, kiến thức để em hoàn thành tốt đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2022 Sinh Viên Thới Ngọc Hiệu ii ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU I LỜI CẢM ƠN II CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG .1 1.1 Giới thiệu 1.2 Số liệu thiết kế .1 1.3 Chọn thiết kế sơ 1.4 Các loại vật liệu .2 1.4.1 Cốt thép dự ứng lực 1.4.2 Vật liệu bê tông CHƯƠNG THIẾT KẾ LAN CAN 2.1 Số liệu tính tốn 2.2 Thơng số hình học lan lan can 2.3 Thông số hình học lan can tường 2.4 Thơng số hình học lan can cột, 2.5 Tải trọng tác dụng 2.6 Sức kháng lan can (Mr) 2.7 Sức kháng uốn mối nối lan can 2.8 Sức kháng cột lan can (Pp) 2.9 Sức kháng lan can tường 2.9.1 Xác định khả chịu lực tiết diện BTCT ngang tính đơn vị chiều đứng lan can (MwH) 2.9.2 Xác định khả chịu lực tiết diện BTCT tính đơn vị chiều dài theo phương dọc cầu (Mc) 10 2.10 Kiểm toán 13 2.10.1 Khi va vào nhịp lan can 13 iii ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU 2.10.2 Khi xe va vào cột lan can 2.10.3 Kiểm tra khả chống trượt lan can 2.10.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu CHƯƠNG THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 3.1 Số liệu thiết kế 3.2 Cấu tạo mặt cầu 3.3 Nội lực hẫng 3.3.1 Tải trọng tác dụng 3.3.2 Xác định moment t 3.4 Thiết kế cốt thép cho phần hẫn 3.5 Kiểm tra nứt cho hẫng 3.6 Thiết kế cốt thép cho mặt cầu 3.6.1 Nội lực dầm 3.6.2 Nội lực tĩnh tải 3.6.3 Nội lực hoạt tải 3.6.4 Xét tính liên tục 3.6.5 Thiết kế cốt thép cho 3.6.6 Thiết kế cốt thép cho 3.6.7 Kiểm tra nứt cho 3.6.8 Kiểm tra nứt cho 3.7 Cốt thép phân bố 3.7.1 Cốt thép phân bố cho 3.7.2 Cốt thép phân bố cho CHƯƠNG THIẾT KẾ DẦM NGANG 4.1 Số liệu thiết kế: 4.2 Xác định nội lực tác dụng lên dầm iv ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU 4.2.1 Phương dọc cầu: 40 4.2.1.1 Áp lực tĩnh tải truyền lên dầm ngang: 40 4.2.1.2 Áp lực hoạt tải lên dầm ngang: 41 4.2.2 Phương ngang cầu: 42 4.2.2.1 Giá trị đường ảnh hưởng phản lực gối: 42 4.2.2.2 Nội lực tính tốn: 44 4.3 Tính tốn cốt thép cho dầm ngang: 68 4.3.1 Tính tốn cốt thép cho dầm ngang chịu moment âm: .68 4.3.2 Tính tốn cốt thép cho dầm chịu moment dương: 70 4.4 Kiểm tra nứt cho dầm ngang: 72 4.4.1 Kiểm tra nứt cho dầm ngang chịu moment âm: 72 4.4.2 Kiểm tra nứt cho dầm ngang chịu moment dương 73 4.5 Tính cốt đai cho dầm ngang: 74 CHƯƠNG THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 76 5.1 Số liệu thiết kế 76 5.1.1 Số liệu tính tốn 76 5.1.2 Chọn sơ kích thước dầm chính: 76 5.2 Xác định tải trọng 78 5.2.1 Trọng lượng thân dầm chủ 78 5.2.2 Trọng lượng thân dầm ngang ( không kể mối nối ): 79 5.2.3 Trọng lượng thân mối nối ướt: 80 5.2.4 Tải trọng lớp phủ: 81 5.2.5 Tải trọng lan can: 81 5.2.6 Tổ hợp tĩnh tải lên dầm biên dầm giữa: 82 5.3 Xác định moment tĩnh tải tác dụng lên dầm: 82 5.3.2 Xác định lực cắt tĩnh tải tác dụng lên dầm: 87 v ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU 5.4 Nội lực hoạt tải tác dụng lên dầm chủ 92 5.4.1 Xác định hệ số phân bố ngang theo phương pháp dầm đơn 92 5.4.1.1 Hệ số phân bố ngang cho dầm 92 5.4.1.2 Hệ số phân bố ngang cho dầm biên: 95 5.4.2 Nội lực hoạt tải tác dụng lên dầm chủ 98 5.4.2.1 Moment hoạt tải gây 98 5.4.3 Tổ hợp nội lực hoạt tải gây 107 5.4.3.2 Moment hoạt tải gây ra: 108 5.4.3.3 Lực cắt hoạt tải tác dụng lên dầm chủ: 109 5.5 Tổ hợp nội lực tĩnh tải hoạt tải tác dụng lên dầm chủ: .110 5.5.1 Moment tĩnh tải hoạt tải tác dụng lên dầm chủ: 110 5.6 Tính tốn bố trí cáp dự ứng lực .112 5.6.1 Tính tốn sơ cáp 112 5.6.2 Bố trí cáp dự ứng lực: .113 5.7 Xác định đặc trưng hình học tính tốn mát ứng suất: .114 5.7.1 Đặc trưng hình học ( có cáp DUL): 114 5.7.1.1 Tính tốn trọng tâm nhóm cáp dự ứng lực mặt cắt: 114 5.7.1.2 Tính tốn đặc trưng hình học tiết diện mặt cắt: 115 5.7.2 Tính tốn mát ứng suất 118 5.7.2.1 Mất mát ứng suất nén đàn hồi fpES : 118 5.7.2.2 Biến dạng co ngót dầm từ lúc truyền lực đến lúc thi công xong mối nối: 119 5.7.2.3 Biến dạng co ngót dầm từ lúc truyền lực cáp DƯL lên dầm đến cuối thời kì khai thác .119 5.7.2.4 Biến dạng co ngót dầm từ lúc thi cơng mối nối ước đến cuối thời kì khai thác 120 vi ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU 5.7.2.5 Biến dạng co ngót mối nối từ lúc thi công mối nối ước đến cuối thời kì khai thác .120 5.7.2.6 Hệ số từ biến dầm từ lúc căng cáp đến lúc thi công mối nối 120 5.7.2.7 Hệ số từ biến dầm tính từ lúc truyền lực đến cuối thời kì khai thác 121 5.7.2.8 Hệ số từ biến dầm tính từ lúc thi cơng mối nối đến cuối thời kì khai thác 121 5.7.2.9 Hệ số từ biến dầm từ lúc thi c đến cuối thời kì khai thác 122 5.7.2.10 Mất mát ứng suất co ngót xảy giai đoạn fpSR .123 5.7.2.11 Mất mát ứng suất từ biến xảy giai đoạn fpCR .123 5.7.2.12 Mất mát ứng suất chùng nhão cáp xảy giai đoạn fpR1 123 5.7.2.13 Mất mát ứng suất giai đoạn ( từ lúc thi cơng mối nói đến cuối thời kì khai thác): 124 5.7.2.14 Mất mát ứng suất chùng nhão cáp xảy giai đoạn fpR 125 5.7.2.15 Ứng suất gia tăng cáp dự ứng lực co ngót mặt cầu fpSS 125 5.7.2.16 Tổng mát ưng suất theo thời gian .125 5.7.3 Mất mát ứng suất tổng cộng: 126 5.8 Kiểm toán: 126 5.8.1 Kiểm toán ứng suất cáp dự ứng lực: .126 5.8.2 Kiểm toán giai đoạn truyền lực: 126 5.8.3 Kiểm toán trạng thái giới hạn sử dụng: .128 5.9 Kiểm toán trạng thái giới hạn cường độ: 129 5.9.2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu 131 5.10 Kiểm toán lực cắt: 132 5.10.1 Giá trị nội lực mặt cắt I-I: 132 vii ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU 5.10.2 Kiểm tra cốt thép dọc: 136 viii ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU k=2 1,04 − Hệ số quy đổi vùng nén: 1= 0,85 − 0, 05 (45 − 28) = 0,729 b'f = b'2 = 1550mm ; d ' = 1158, 33mm (Mặt cắt IV-IV) ps Khoảng cách từ trục trung hòa tiết diện đến mép là: c = A ps fpu (b ' −1 ' 0,85fc f )h ' 0,85f ' − bw bw + k f A ps ' d c fpu ps = 3439, 1744,59 − 0,729 (1550 − 200) 212,727 0,85 45 3439, 0,85 45 0,729 = −285,724 mm 200 + 0, 28 1158,33 1744,59 Vì c = -285,724 < h‘f = 212,727 => Tính lại chiều cao vùng nén c c= = = 134, 315 mm Hệ số sức kháng theo Chiều cao vùng nén qui đổi: a = Ứng suất cáp DUL c = 0, 729 134, 32 = 97, 92mm f ps = f pu + Sức kháng uốn danh định tiết diện: THỚI NGỌC HIỆU Trang 130 MSSV: 17H1090008 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU = A Mr ps = 440 129 686Nmm Vì M r = 6440129686( Nmm) Mu = 5487011761(Nmm) => thỏa mãn điều kiện Tính tương tự cho mặt cắt cịn lại, ta có bảng sau: Bảng 5.34 Tổng hợp sức kháng uốn thân tiết diện MẶT CẮT I-I II-II III-III IV-IV Tất mặt cắt có M r Mu Thỏa điều kiện trạng thái giới hạn cường độ 5.9.2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu Điều Trong đó: Mu : Moment tải trọng tác dụng TTGH cường độ Mcr : Moment gây nứt Mcr = MDC1 + MDC2 + MDC3 + MDW + M kiện: Mr (Mcr ,1,33Mu ) Ta tiến hành tính tốn cho mặt cắt nhịp, mặt cắt cịn lại tiến hành tính tốn tương tự lập thành bảng Momen phụ thêm: M= f 1r = 1,6 4,23 + 1,1 3,80 10 6 620, 05 711,72 − 1,52 109 711,72 1,34 1011 + 3,80 10 6233281,25 10111,25 106742,22 8 − 1,29 10 −6,21 10 − 4,26 10 = 2,35 10 N.mm THỚI NGỌC HIỆU Trang 131 MSSV: 17H1090008 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TƠNG GVHD: T.S MAI LỰU Trong đó: fr = 0,63 f 'c = 0,63 1= 45 = 4, 23Mpa 1, : hệ số biến động momen nứt uốn = 1,1 : hệ số biến động cáp dự ứng lực dính bám Momen nứt: M cr = M + M DC1 DC + M DC + M + M DW = 1,52 10 +1, 29 10 + 6, 21 10 + 4, 26 10 + 2,35 10 = 5, 04 10 M = (M cr Nmm ;1, 33M = 3,12 10 ) = (5, 04 10 ;1, 33 2, 35 109 Nmm Bảng 5.35 Tổng hợp moment nứt mặt cắt MẶT CẮT I-I II-II III-III IV-IV 5.10 Kiểm toán lực cắt: 5.10.1 Giá trị nội lực mặt cắt I-I: Mu = 0Nmm ; Vu =1053452,8N Khoảng cách từ trọng tâm vùng nén đến trọng tâm vùng kéo: d ps − 0, 5a = 894, 57 − 0, 96, 99 = 846, 07mm d v = max 0, 72h = 0, 72 1250 = 900mm 0, 9d ps = 0, 894, 57 = 805,11mm = 900 mm ) Ứng suất cắt trung bình: THỚI NGỌC HIỆU Trang 132 MSSV: 17H1090008 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG GVHD: T.S MAI LỰU Vu v= b d v −V v Với: Vp = 133033, 49 N v = f' c Biến dạng trung bình: o Giả sử = 20 Ứng suất cáp dự ứng lực bê tông bọc quanh có ứng suất 0: =f f +f po pf pc = 1146, 91 MPa M d = v x = + + 0, (1053452,8 − 133033, 49 ) cot g20 o − 3439, 2 197000 3439, = −0,002 Do x nên hiệu chỉnh F = Với : x cách nhân với hệ số F 1146,91 Ac = 0,5bv h = 0,5 600 1250 = 375000mm2 : diện tích bê tơng vùng kéo ( lúc trở thành vùng nén x ) THỚI NGỌC HIỆU Trang 133 MSSV: 17H1090008 ĐAMH THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG F x GVHD: T.S MAI LỰU = 0, 049 −0, 002 = −0, 000098 Tra bảng 6.3 – SGK Cầu bê tông cốt thép, ta được: = 20, 36o = 4,72 Khả chịu cắt bê tông: Vc = 12 f 1424822, 5N ' c bvd v = 12 4, 72 45 600 900 = Khả chịu cắt cốt thép đai: Vs = V u − Vc − Vp = 1053452,8 − 1424822, − 133033, 49 = −387353N 0, Do Vs