I Đồ án tốt nghiệp phương án sơ bộ hồ trọng huỳnh 1 Líp cÇu hầm k53 Phần I Thiết kế sơ bộ Đồ án tốt nghiệp phương án sơ bộ hồ trọng huỳnh 2 Líp cÇu hầm k53 Chương1 Phương án sơ bộ 1 Cầu dầm BTCT Dự ứn.
- Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ Phần I Thiết kế sơ - hồ trọng huỳnh- Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ Chương1: Phương án sơ Cầu dầm BTCT Dự ứng lực 1.1 giới thiệu phương án 1.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272 – 05 1.1.2.Điều kiện tự nhiên vị trí xây dựng câu a Điều kiện địa chất - Qua số liệu thăm dò tạ lỗ khoan khu vực xây dựng cầu địa chất có cấu tạo sau: + Lớp 1: Sét dẻo cứng + Lớp 2: Sét + Lớp 3: Cát hạt vừa b Điều kiện thủy văn - Theo số liệu khảo sát điều tra nhiều năm cho thấy : + MNCN: 4.5m + MNTT: 2.0m + MNTN: -0.4m - Dòng chảy ổn định, tốc độ chảy khơng lớn hạn chế gây tượng xói lở, bồi lắng sơng bên bờ 1.1.3 Sơ đồ kết cấu a Kết cấu phần - Cầu gồm nhịp giản đơn Lnh = 33m BTCT DƯL, mặt cắt ngang gồm dầm BTCT với chiều cao dầm h = 1,65m, khoảng cách dầm chủ S = 2,2m - Độ dốc dọc cầu nhịp 0% nhịp biên 1.0%, độ dốc ngang cầu 2,0 % - Chiều dài toàn cầu Lc = 211,3m b Kết cấu phần - Gồm mố chữ U đặt móng cọc khoan nhồi cọc có đường kính D = 100 cm - Trụ gồm trụ đặc thân hẹp BTCT đặt móng cọc khoan nhồi, cọc có đường kính D =100cm 1.2 số liệu tính tốn 1.2.1 Khổ cầu - Khổ cầu: G7 + 2x1,5 +2x0,5 (m) + Bề rộng phần xe chạy: + Lề người bộ: 2x1,5 (m) + Chân lan can: 2x0,5 (m) Bxe = (m) ble = 1,5 (m) bclc = 0,5 (m) + Bề rộng toàn cầu: Bcau = + 2x1,5 +2x0,5 = 12 (m) - hồ trọng huỳnh- Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ 1.2.1 Khổ thông thuyền - Sông thông thuyền cấp V: Tra bảng cấp thông thuyền sơng ta có: + Bề rơng thơng thuyền + Tĩnh không thông thuyền: Btt = 25 (m) Htt = 3,5 (m) 1.2.2 Tải trọng thiết kế - Tải trọng HL93: + Tổ hợp HL93K: Tổ hợp xe tải thiết kế (truck) + Tải trọng (lane) + Tổ hợp HL93M: Tổ hợp xe trục thiết kế (Tandem) + Tải trọng (Lane) - Tải trọng người bộ:3.10-3 daN/m2 1.2.3 Quy mô thiết kế - Cầu thiết kế vĩnh cửu dầm thép BTCT 1.2.4 Tần suất lũ thiết kế: P = 1% 1.2.5 Vật liệu sử dụng a Bê tông - Phần bê tông dầm + Tỷ bê tông c =2450 kg/m3 = 24.5kN/m + Cường độ chịu nén quy định tuổi 28 ngày f'c= 40Mpa + Mô đun đàn hồi Ec = 0, 043. c1,5 f c' Ec = 0, 043.24,51,5 40 = 32979 Mpa + Hệ số poison - Phần bê tông kết cấu đổ chỗ mặt cầu + Cường độ chịu nén quy định 28 ngày tuổi + Mô đun đàn hồi: = 0.2 f'c= 30Mpa Ec = 0, 043. c1,5 f c' Ec = 0, 043.24.51,5 30 = 28561Mpa b Cốt thép - Thép cường độ cao: Tao thép sợi DƯL khơng phủ sơn ,có phu ứng suất cho bê tông dự ứng lực + Cường độ chịu kéo fpu = 1860 Mpa + Cấp thép M270 + Giới hạn chảy cốt thép DƯL fpy = 1674 Mpa + Mô đun đàn hồi cáp Eps = 197000 Mpa + Đường kính danh định: 15,2 mm + Diện tích tao cáp - Cốt thép thường - hồ trọng huỳnh- 140 mm2 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - + Giới hạn chảy + Mô dun đàn hồi phương án sơ fpy = 420 Mpa Es = 2.105 Mpa 1.3 hệ số tính tốn 1.3.1 Hệ số tải trọng +Tĩnh tải giai đoạn I: = 1.25 0.9 + Tĩnh tải giai đoạn II: = 1,5 0,65 + Hoạt tải HL93 đoàn người: h = 1,75 1,0 1.3.2 Hệ số xung kích: 1+IM = 1,25 (Chỉ tính với xe tải xe trục thiết kế ) 1.4 kích thước cấu tạo dầm chủ 1.4.1 Chiều dài nhịp: - Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: L = 33 (m) 1.4.2 Chiều dài nhịp tính tốn - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối lấy 0.3m - Chiều dài nhịp tính tốn: : Ltt = L − 0,3 = 32,4(m) 1.4.3 Chọn số dầm chủ: - Trường hợp nhiều dầm chiều cao dầm thấp, nội lực giảm , giảm chiều dài cầu chiều cao đất đắp đầu cầu, giảm chi phí xây dung cơng trinh, lại tăng chi phí vật liệu chi phí thi cơng kết cấu nhịp - Trường hợp dầm chiều cao dầm tăng tăng chiều dài cầu chiều cao đất đắp đầu cầu Nội lực dầm chủ tăng lên dẫn đến tăng chi phí xây dung cơng trình - Khi lựa chọn đàm nên đảm bảo khoảng cách dàm chủ vào khoảng 1.2 đến 2.4m hợp lý nd = dầm 1.4.4 Khoảng cách dầm chủ: - Nên chọn số dầm chủ cho khoảng cách dầm vào khoảng từ 1,2m – 2,4m hợp lý Chon S = 2200 (mm) 1.4.5 Cấu tạo dầm chủ: - Dầm chủ dầm chữ T bê tông cốt thép dự ứng lực có kích thước sau: - hồ trọng huỳnh- Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phng ỏn s b mặt c d ầm c h ñ tht tt bt bht Hb Dw tw thb tb thb bhb bb + Chiều cao dầm chủ: Lựa chọn theo cơng thức kinh nghiệm ta có h 32.4 L→h = 1.296m 25 25 + Chọn: h = 1,65 (m) = 1650 (mm) + Chiều rộng cánh: + Chiều dày cánh : bt = 800 (mm) tt = 200 (mm) + Chiều dày sườn dầm: tw = 200(mm) + Chiều cao bầu : + Chiều rộng bầu: tb = 250 (mm) bb = 600 (mm) + Chiều rộng bầu phần mở rộng + Chiều cao vút bầu dầm : +Chiều rộng vút cánh dầm : + Chiều cao vút bầu dầm b’b = 600 (mm) tht = 100 mm bht=300 mm thb = 200 mm + Chiều rộng vút bầu dầm + Diện tích mặt cắt ngang dầm chủ: bhb= 200 mm 1 2x300x100 + 2x200x200 + 600x250 + 2 +(1650 − 200 − 250)x200 = 620000mm2 A b = 800x200 + A b = 620000mm2 = 0,62m2 - Vậy ta có dầm chủ sau: - hồ trọng huỳnh- Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án s b 800 600 100 200 mặt c g iữ a n h ịp 800 600 200 mặt c đầu d ầm 100 300 1650 1650 600 1450 900 200 250 200 200 600 600 1.4.6.Xác địnhbề rộng cánh có hiệu Xỏc định bề rộng tớnh toỏn bờtụng bs b2 b2 b2 Hb b1 de s a.Xác định b1 :Lấy giá trị nhỏ giá trị sau: - 1 L TT = * 3240 = 405cm 1 = MIN bc = x80 = 20cm 6t s + max = * 20 + 20 = 140cm tw = * 200 = 100cm 2 de = 110cm =>> Vậy b1= 110cm - hồ trọng huỳnh- Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ b.Xác định b2 : Lấy nhỏ giá trị sau: - 1 L = * 3240 = 405cm TT 8 1 bc = x800 = 20cm = MIN 4 6t + max = * 20 + 20 = 140cm s 1 tw = * 20 = 10cm 2 S 220 = 110 + = 2 =>> Vậy b2= 110cm =>> Bề rộng tớnh toỏn bờtụng dầm biờn : bs= b1+b2 = 110+110=220 cm =>> Bề rộng tớnh toỏn bờtụng dầm : bs= 2.bs=2x110=220cm Dầm (bs) 2200 mm Dầm biên (bs) 2200 mm 1.4.7 Cấu tạo dầm ngang - Dầm ngang BTCT thường có thước sau: + Chiều rộng dầm ngang: bdn = 2000 mm + Chiều cao dầm ngang: hdn = 1320 (mm) + Khoảng cách dầm ngang: 8100 (mm) +Chiều dày dầm ngang: tdn = 200 mm +Diện tích dầm ngang : A = 2000x200 = 400000 mm2 +Thể tích dầm ngang : V = Axh = 400000x1320x10-9 = 0,528m3 2000 1320 1320 200 1.4.8 Cấu tạo chân lan can - Chân lan can có kích thước sau: + Chiều cao chân lan can: hclc = 500 (mm) + Chiều rộng chân lan can: bclc = 500 (mm) - hồ trọng huỳnh- Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ 1.4.9 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu - Mặt cắt ngang cu: 1/2 mặt c n g a n g 1/2 mặt c n g a n g t ¹ i gèi 500 t ¹ i g i÷ a n h Þp 11000 1500 7000 1500 500 600 Lí p BTN dày cm Lớ p phòng n- c dµy 0.4 cm Lí p mui lun dµy tõ - 13cm Bản mặt cầu dày 20 cm Vạ ch sơn 500 2.0% 2100 2.0% 2100 Vạ ch sơn 1100 2200 2200 2200 2200 1100 1.5 Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ 1.5.1 Tĩnh tải giai đoạn I a Tĩnh tải trọng lượng thân dầm chủ - Diện tích tiết diện nguyên 1 A b = bt * t t + 2.tht bht + bb tb + 2.tbt bbt + (Hb − t t − tb ).t w 2 1 A b = 800 * 200 + 2.300.100 + 600.250 + 2.200.200 + 2 +(1650 − 200 − 250).200 = 640830mm Ab = 0.64083 m2 - Trọng lượng dầm chủ (trên 1m dài): DCdc = A. c DCdc = 25x0.64083 = 16.2 (KN/m) b.Tĩnh tải trọng lượng thân dầm ngang gây - Các thông số số lượng dầm + Số lượng dầm ngang mặt cắt: ndn = + Số hệ liên kết ngang toàn cầu: nhlkn = + Tổng số dầm ngang toàn cầu: ndn = 4x = 20 dầm + Trọng lượng dầm ngang 1DN = VDN c 1DN = VDN c = 0.528 x 24.5 = 12.94 KN - Tĩnh tải rải đề mét dài dầm chủ; n 12.936 x20 DCdn = 1dn dn = = 1.568KN / m L.n 33x5 - hồ trọng huỳnh- Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ c Trọng lượng phần ván khuôn mặt cầu Ván khn mặt cầu có kích thước sau: DCvk = 80 1600 1,6x0,08x4x.2 = 2.5KN/ m d.Tĩnh tải chân lan can: DCclc = 2x0.5x0.5x0.75x25 = 1.875KN/ m e Tĩnh tải trọng lượng bê tông mặt cầu: DCbmc = 11x0,2x24.5 = 10.78 KN/m - Tĩnh tải tiêu chuẩn GĐI: DCtcb = 31.05 KN/m - Tĩnh tải tính tốn GĐI: DCtt = 1.25x31.05 = 38.813KN/ m 1.5.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn II (DW) - Tĩnh tải giai đoạn bao gồm + Lớp BTAP dày 5cm + Lớp phòng nước dày 0.4cm + Lớp mui luyện dày từ - 13 cm - Trọng lượng riêng lớp phủ: + a = 23.4KN/ m3 + Chiều dày trung bình lớp phủ tính 12 cm - Tĩnh tải giai đoạn II - Tĩnh tải tiêu chuẩn: DW = 0.12x23.4x10 = 5,61KN/ m - Tĩnh tải tính tốn: DWtt = 1.5x5,61 = 8.415KN/ m 1.6 xác định hệ số phân bố ngang 1.6.1 Tính hệ số phân bố ngang dầm biên - Điều kiện tớnh toỏn : + Tớnh hệ số phõn bố ngang tải trọng Người + Tớnh hệ số phõn bố ngang cho dầm biờn tải trọng HL93 trường hợp xếp tải - hồ trọng huỳnh- Líp cÇu hầm k53 trờn - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ - Vẽ tung độ ĐAH ỏp lực gối R1 11000 1100 8800 145/2 1500 1100 145/2 1800 3KN/m 1.5 1.27 1.04 0.59 0.182 Tớnh hệ số phõn bố nagng cho dầm biờn - Xếp tải trọng bất lợi lờn ĐAH phản lực gối - Tớnh hệ số phõn ngang xe tải xe trục thiết kế : Yi + Hệ số phõn bố ngang xe tải xe trục thiết kế dầm biờn xếp trờn : + Cụng thức tớnh : g= g= (1.04 + 0.182) = 0.611 - Tớnh hệ số phõn bố ngang tải trọng Người dải : + Cụng thức tớnh : g= ( y1 + y ) ble Trong đú : + ble : Là bề rộng lề + y1 : Là tung độ ĐAH vị trớ mộp tải trọng Người + y2 ; Là tung độ ĐAH vị trớ mộp tải trọng Người + Hệ số phõn bố ngang tải trọng Người dầm biờn : gNg = (1,27+ 0,59).1,5= 1,395 - Kờ́t tính hợ̀ sụ́ phõn bụ́ ngang cho dõ̀ m biờn: Xếp tải trọng Tung độ ĐAH y2 Tải trọng người 1.27 0.59 1.395 Xe tải thiết kế 1.04 0.182 0.611 Xe trục thiết kế 1.04 0.182 0.611 Tải trọng thiết kế y3 y4 Hệ số g y1 0.611 1.6.2 Tính hệ số phân bố ngang dầm g= 2 = = 0.4 n Với n: là sụ́ dõ̀ m chủ,nd =6 dõ̀ m - hồ trọng huỳnh- 10 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ - Lực cắt mặt cắt L/2 +Xếp tải lên ĐAH: 16200 16200 DAH l u c c a t mc l /2 : +Bảng kết tớnh nội lực CÁC ĐẠI LƯỢNG Xe tải thiết kế Vị trí đặt tải Tung độ ĐAH Tải trọng trục Xe trục thiết kế x1 x2 x3 x4 x5 x6 16.2 20.5 24.8 16.2 17.4 y1 y2 y3 y4 y5 y6 0.50 0.37 0.23 0.50 0.46 P-tr,3 P-tr,2 P-tr,1 P-tr,3 P-tr,2 P-tr,1 145 145 35 72.5 53.26 8.21 110 110 NL tải trọng trục Pi x yi= Tổng(KNm) Tổng Pixyi= 133.97 105.93 Hệ số PBN lực cắt g= 0.43 0.43 Do hoạt tải tiờu chuẩn V-tc, h( KN) 57.89 45.77 Do hoạt tải tớnh toỏn 126.63 100.12 V-tt,h(KN) 55.00 50.93 0 e Tổng hợp nội lực - Nội lực sau tớnh toỏn tổ hợp theo cỏc TTGH với cỏc hệ số tải trọng tương ứng Tuy nhiờn đõy ta cần thành lập tổ hợp tải trọng: + Tổ hợp tải trọng 1: Nội lực tải trọng tiờu chuẩn để tớnh toỏn thiết kế theo TTGH sử dụng + Tổ hợp tải trọng 2: Nội lực tải trọng tớnh toỏn để tớnh toỏn thiết kế theo TTGH cường độ1 - Đối với tổ hợp tải trọng ta cần thành lập trường hợp tải trọng tĩnh tải hoạt tải nhằm tỡm trường hợp tải trọng bất lợi khống chế thiết kế: + TH1: Tĩnh tải + Xe tải thiết kế + tải trọng + Đoàn người + TH2: Tĩnh tải + Xe trục thiết kế + tải trọng + Đoàn người - Bảng tổng hợp nội lực tiờu chuẩn ( thep TTGH sử dụng) Nội Do tĩnh tải TC lực Tĩnh tải Tĩnh tải Do hoạt tải tiờu chuẩn Xe tải Xe trục M4 2177.95 828.18 1589.81 V0 303.93 115.57 128.10 93.30 V4 103.26 39.27 57.89 45.77 - hồ trọng huỳnh- Làn TT+Xe tải Người +Làn+Người 1214.93 764.38 728.75 TT+Xe 2trục Nội lực +Làn+Người TC max 6089.07 5714.18 6089.07 65.10 101.70 714.40 679.60 714.40 29.22 275.27 263.15 275.27 76 45.64 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ - Bảng tổng hợp nội lực tớnh toỏn (theo TTGH cường độ I) Nội Do tĩnh tải TT lực Tĩnh tải Tĩnh tải Do hoạt tải tớnh toỏn Xe tải Xe trục Làn Người TT+Xe tải TT+Xe 2trục Nội lực +Làn+Người +Làn+Người TC max M4 2722.44 1242.27 3477.72 2657.66 1337.66 1275.31 10055.39 9235.33 10055.39 V0 379.91 173.36 280.23 204.10 113.93 177.97 1125.39 1049.26 1125.39 V4 129.08 58.90 126.63 100.12 51.13 79.86 445.59 419.09 445.59 2.9 KIểm toán dầm chủ theo trạng thái giới hạn cường độ I 2.9.1 Kiểm toán sức kháng uốn dầm chủ a Xác định mô men chảy My -Mụmen chảy (My) mặt cắt liên hợp lấy tổng mômen tác dụng vào dầm thép, mặt cắt liên hợp ngắn hạn dài hạn để gây trạng thái chảy ở1 cánh dầm thép( không xét đến chảy sườn dầm mặt cắt lai) Trong đó: + M D1 : mụmen uốn tĩnh tải giai đoạn tác dụng lên mặt cắt dầm thép + M D : mômen uốn tĩnh tải giai đoạn 2, co ngót…tác dụng lên mặt cắt liên hợp dài hạn + M AD : mômen uốn bổ sung cần thiết để gây chảy biên thép Mơmen hoạt tải có hệ số tính tốn theo mơmen kháng uốn mặt cắt liên hợp ngắn hạn -Trong quỏ trỡnh tớnh toỏn nội lực cỏc mặt cắt ta tớnh giá trị mômen tĩnh tải giai đoạn gây M D1 mômen tĩnh tải giai đoạn M D -Xác định mômen uốn bổ sung M AD + ứng suất dầm thộp M D1 : f1t = − M D1 t yI ; I NC f1b = M D1 b y1 I NC + ứng suất dầm thộp M D : f 2t = − M D2 t y , I LT II ; f 2b = M D2 b y , I LT II + ứng suất dầm thộp M AD : f 3t = − M AD t M y II ; f 3b = AD y IIb I ST I ST + Khi ứng suất cánh dầm thép đạt đến giới hạn chảy ta có: - hồ trọng huỳnh- 77 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ f + f + f = − f y = f = − f y − f − f t t t t t t f1b + f 2b + f 3b = f y = f 3b = f y − f1b − f 2b + Mụmen uốn bổ sung M AD : t M AD =− f 3t I ST f 3b I ST t b b , M AD ) => M AD = min( M AD M = AD y IIt y IIb => Như ta cú: M y = M D1 + M D + M AD Trong đó: + y It , y Ib : Khoảng cách từ TTH I-I đến mép mép dầm thép + y IIt , , y IIb , : Khoảng cỏch từ TTH II-II’ đến mép mép dầm thép + y IIt , , y IIb , : Khoảng cỏch từ TTH II-II’ đến mép mép dầm thép + Trục trung hũa II-II II-II’ mặt cắt liờn hợp nghắn hạn dài hạn + INC : momen quỏn tớnh mặt cắt dầm thộp + IST, ILT : momen quỏn tớnh mặt cắt liờn hợp ngắn hạn dài hạn + MtAD, MbAD : momen uốn bổ sung cần thiết để gây trạng thái chảy mép mép dầm thépư -Kết tính tốn xác định momen chảy mặt cắt dầm: CÁC ĐẠI LƯỢNG Kớ hiệu Dầm kiểm toỏn Giỏ trị Đơn vị DẦM BIấN Ứng suất dầm thép tĩnh tải giai đoạn I Mômen max tĩnh tải giai đoạn I MD1tt 3098.91 kN.m Mụmen quỏn tớnh mặt cắt dầm thộp INC 2418747 cm KC từ mép dầm thép đến TTH I-I y1t 89 cm KC từ mép dầm thép đến TTH I-I y1b 67 cm Ứng suất mộp trờn dầm thộp MD1 f1t -113.94 Mpa Ứng suất mép dầm thép MD1 f1b 85.93 Mpa MD2tt 1223.10 kN.m Mụmen quỏn tớnh mặt cắt LH dài hạn ILT 4678098 cm KC từ mép dầm thép đến TTH II-II' yII't 40.45 cm KC từ mép dầm thép đến TTH II-II' yII'b 115.55 cm Ứng suất mộp trờn dầm thộp MD2 f2t -10.57 Mpa Ứng suất mép dầm thép MD2 f2b 30.21 Mpa Ứng suất mộp trờn dầm thộp MAD f3t -220.49 Mpa Ứng suất mép dầm thép MAD f3b 228.86 Mpa Ứng suất dầm thép tĩnh tải giai đoạn II Mômen max tĩnh tải giai đoạn II Ứng suất dầm thộp mụmen bổ xung Xác định mômen uốn bổ xung MAD - hồ trọng huỳnh- 78 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ Mụmen quỏn tớnh mặt cắt LH dài hạng IST 6444956 cm KC từ mép dầm thép đến TTH II-II yIIt 20.31 cm KC từ mép dầm thép đến TTH II-II yIIb 135.69 cm MM uốn bổ xung mép dầm thép MtAD 69979 kN.m MM uốn bổ xung mép dầm thép MbAD 10870 kN.m MM uốn bổ xung tớnh toỏn MAD 10870 kN.m Mômen max tĩnh tải giai đoạn I MD1 3098.91 kN.m Mômen max tĩnh tải giai đoạn II MD2 1223.10 kN.m Mụmen uốn bổ xung MAD 10870 kN.m My 15192 kN.m Xác định mômen chảy My Mụmen chảy b Xác định mô men dẻo Mp - mo men dẻo (Mp) mo men ứng với tồn mặt cắt trừ phần bê tơng chịu kéo đạt đến cường độ chảy Khi tính tốn mo men dẻo phải lấy mo men lực dẻo phần mặt cắt đối trục trung hoà dẻo n - Cụng thức tớnh mụ men dẻo: M p = pi zi i =1 Với Pi : lực dẻo thứ I Zi : khoản cách từ điểm đặt lực dẻo thứ I đến trục trung hoà dẻo - Trong trường hợp trục trung hoà qua sườn dầm ta có sơ đồ tính : bs ts 0.85 As.f c' - th tc III III II II Ac.Fyc Dcp.tw.Fyw Mp + Z2 Hsb Hcb Dcp bh + I I (Dw - Dcp).tw.Fyw Y1 tw At.Fyt Sơ đồ tính mơ men dẻo mặt cắt Giá trị mơ men dẻo mặt cắt tính theo công thức: Dcp t M p = 0.85 AS f c ' ( Dcp + tc + Z x ) + Ac Fyc Dcp + c + Fyw t w + 2 + Fyw tw - hồ trọng huỳnh- (D w − Dcp ) 2 t + At Fyt Dw − Dcp + t 2 79 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ Trong : ZS : khoảng cách từ trọng tâm bê tong đến mép dầm thép t 2t t bs ts s + th + bc th h + bh th h 2 ZS = bs th + bc th + bh th Bang kết tính tốn xác định mo men chảy Mp CÁC ĐẠI LƯỢNG Kớ hiệu Giỏ trị Đơn vị Diện tớch cỏnh chịu nộn Ac 120 cm Diện tớch cỏnh chịu kộo At 210 cm ANC 630 cm Bề rộng bờtụng bs 220 cm Diện tớch bờtụng As 628 cm Chiều cao phần sườn dầm chịu nén Dcp 4.67 cm KC từ trọng tâm đến mép dầm thép Zs 20.07 cm Mụmen chảy mặt cắt dầm chủ Mp 18632 kN.m Diện tớch dầm thộp 2.9.4 Kiểm toán sức kháng cắt dầm chủ a.Xỏc định hệ só C - hệ số C : tỉ số ứng suất oằn cắt cường độ chảy cắt mặt cắt dầm - cụng thức tớnh toỏn: + Nếu : Dw Ek 1.10 thỡ C =1 tw Fyw + Nếu 1.10 + Nếu 1.38 với k = + d0 Dw Ek Dw Ek 1.10 Ek 1.38 thỡ C = Fyw tw Fyw Dw Fyw tw Ek Dw 1.52 Ek thỡ C = Fyw tw Dw Fyw tw khoảng cỏch cỏc sườn tăng cường đứng b Tính hệ số K: k = 5+ d ( o )2 Dw = 11.1728 - xác định hệ số C: Dw 150 Ek 2,1.105.11.1728 = = 75 1,1 = 1,1 = 88.5278 C = 1.00 tw f yw 345 - hồ trọng huỳnh- 80 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ 2.9.5 Sức kháng cắt dầm chủ a Điều kiện kiểm toán - mặt cắt dầm chủ mặt cắt đặc - sườn dầm có bố trí sườn tăng cường - mặt cắt dầm sử dụng loại thộp (khụng phải mặt cắt lai) b.Sức kháng cắt mảnh sườn dầm phía -Cụng thức tớnh toỏn 0,87(1 − c) +Nếu M u M p thỡ :V n =V p c + c.V p d + Dw 0,87(1 − c) +Nếu M u >0,5ỉ f M p thỡ :V n =R.V p c + d0 + Dw Mr − Mu Với R=0,6+0,4 M 0,75Ø M f y r− c.V p 1 V p =0,58.F yw Dw.t w Trong +M u :Mơmen lớn mảnh sườn dâ,f xét tải trọng tính toan(Nmm) +V p :lực cắt dẻo +M r :sức khỏng uốn tớnh toỏn(Nmm) +ỉ f :hệ số sưc kháng uốn +M y :mụmen chảy(Nmm) +D w :chiều cao sườn dầm(mm) +d :khoảng cách sườn tăng cường đứng(mm) +c:tỉ số ứng suất oằn cắt cường độ chảy cắt -Bảng tớnh toỏn CÁC ĐẠI LƯỢNG Kớ hiệu Giỏ trị Đơn vị Mụmen uốn tớnh toỏn lớn Mu 11356.76 kN.m Sức kháng uốn danh định mặt cắt Mn 16829.9 kN.m Hệ số sức khỏng uốn ễf 1.00 Sức khỏng uốn tớnh toỏn mặt cắt Mr 16829.91 kN.m Mụmen chảy mặt cắt My 15192 kN.m Mụmen dẻo mặt cắt Mp 18632 kN.m - hồ trọng huỳnh- 81 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ Hệ số R R Sứ khỏng cắt dẻo Vp 6003 kN -Tính sưc kháng cắt danh định: Ta cú :M u =11356.76>0,5 ỉ f M p =0,5.1,0.18632 = 9316 Vậy ta có sưc kháng cắt sườn dâm tính theo cơng thức: 0,87(1 − c) V n =R.V p c + = 6003kN d 1+ Dw c : Sức kháng cắt mảnh sườn dầm gối - Cụng thức tớnh toỏn: V n =c.V p V p =0,85.F yw D w t w Trong +V n :Sức kháng cắt danh định +V p :lực cắt dẻo mặt cắt, V p =6003 kN + c: hệ số xác định phần trên,c=1,00 -Sức kháng cắt danh định V n = ỉ f V n =1,00.6003=6003 kN 2.9.6 Kiểm toán khả chịu cắt dầm - Cụng thức kiểm toỏn :V r V ttmã - Sức kháng cắt tính tốn sườn dầm V r = ỉ v V n =1,00.6003 =6003 kN Trong đú + ỉ v :hệ số sưc kháng cắt,Ø=1,00 + V n :sức kháng cắt danh định +V r :sức khỏng cắt tớnh toỏn - Kiểm toỏn : V r =6003> Vttmax =1165.66 kN kết luân:Đạt 2.10 Kiểm toán dầm theo trạng tháI giới hạn cường độ I ( Kiểm toán khả chịu uốn dầm.) a Xác định mô men chảy My - Mụmen chảy (My) mặt cắt liên hợp lấy tổng mômen tác dụng vào dầm thép, mặt cắt liên hợp ngắn hạn dài hạn để gây trạng thái chảy ở1 cánh dầm thép( không xét đến chảy sườn dầm mặt cắt lai) Trong đó: - hồ trọng huỳnh- 82 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ + M D1 : mômen uốn tĩnh tải giai đoạn tác dụng lên mặt cắt dầm thộp + M D : mômen uốn tĩnh tải giai đoạn 2, co ngót…tác dụng lên mặt cắt liên hợp dài hạn + M AD : mômen uốn bổ sung cần thiết để gây chảy biên thép Mômen hoạt tải có hệ số tính tốn theo mơmen kháng uốn mặt cắt liên hợp ngắn hạn -Trong quỏ trỡnh tớnh toỏn nội lực cỏc mặt cắt ta tớnh giá trị mômen tĩnh tải giai đoạn gây M D1 mụmen tĩnh tải giai đoạn M D -Xác định mômen uốn bổ sung M AD + ứng suất dầm thộp M D1 : f1t = − M D1 t yI ; I NC f1b = M D1 b y1 I NC + ứng suất dầm thộp M D : f 2t = − M D2 t y , I LT II ; f 2b = M D2 b y , I LT II + ứng suất dầm thộp M AD : f 3t = − M AD t M y II ; f 3b = AD y IIb I ST I ST + Khi ứng suất cỏnh dầm thộp đạt đến giới hạn chảy ta có: f1t + f 2t + f 3t = − f y = f 3t = − f y − f1t − f 2t f1b + f 2b + f 3b = f y = f 3b = f y − f1b − f 2b + Mụmen uốn bổ sung M AD : M t AD f 3t I ST f 3b I ST t b b , M AD ) M AD = => M AD = min( M AD =− t b y II y II => Như ta có: M y = M D1 + M D + M AD Trong đó: + y It , y Ib : Khoảng cách từ TTH I-I đến mép mép dầm thép + y IIt , , y IIb , : Khoảng cỏch từ TTH II-II’ đến mép mép dầm thép + y IIt , , y IIb , : Khoảng cỏch từ TTH II-II’ đến mép mép dầm thép + Trục trung hũa II-II II-II’ mặt cắt liờn hợp nghắn hạn dài hạn + INC : momen quỏn tớnh mặt cắt dầm thộp + IST, ILT : momen quỏn tớnh mặt cắt liờn hợp ngắn hạn dài hạn + MtAD, MbAD : momen uốn bổ sung cần thiết để gây trạng thái chảy mép mép dầm thépư - hồ trọng huỳnh- 83 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ -Kết tính tốn xác định momen chảy mặt cắt dầm: CÁC ĐẠI LƯỢNG Kớ hiệu Dầm kiểm toỏn Giỏ trị Đơn vị DẦM BIấN Ứng suất dầm thép tĩnh tải giai đoạn I Mômen max tĩnh tải giai đoạn I MD1tt 2290.18 kN.m Mụmen quỏn tớnh mặt cắt dầm thộp INC 1959502.1 cm KC từ mép dầm thép đến TTH I-I y1t 77.4 cm KC từ mép dầm thép đến TTH I-I y1b 65.6 cm Ứng suất mộp trờn dầm thộp MD1 f1t -90.46 Mpa Ứng suất mép dầm thép MD1 f1b 76.67 Mpa MD2tt 1010.5 kN.m Mụmen quỏn tớnh mặt cắt LH dài hạn ILT 3484737.477 cm KC từ mép dầm thép đến TTH II-II' yII't 56.74 cm KC từ mép dầm thép đến TTH II-II' yII'b 89.259 cm Ứng suất mộp trờn dầm thộp MD2 f2t -16.45 Mpa Ứng suất mép dầm thép MD2 f2b 25.88 Mpa Ứng suất mộp trờn dầm thộp MAD f3t -238.09 Mpa Ứng suất mép dầm thép MAD f3b 242.45 Mpa Mụmen quỏn tớnh mặt cắt LH dài hạn IST 4663543.399 cm KC từ mép dầm thép đến TTH II-II yIIt 56.74 cm KC từ mép dầm thép đến TTH II-II yIIb 89.259 cm MM uốn bổ xung mép dầm thép MtAD 37932.5108 kN.m MM uốn bổ xung mép dầm thép MbAD 9941.89236 kN.m MM uốn bổ xung tớnh toỏn MAD 9941.89236 kN.m Mômen max tĩnh tải giai đoạn I MD1 2290.185 kN.m Mômen max tĩnh tải giai đoạn II MD2 1010.5 kN.m Mụmen uốn bổ xung MAD 9941.89236 kN.m My 13242.569 kN.m Ứng suất dầm thép tĩnh tải giai đoạn II Mômen max tĩnh tải giai đoạn II Ứng suất dầm thộp mụmen bổ xung Xác định mômen uốn bổ xung MAD Xác định mômen chảy My Mụmen chảy - hồ trọng huỳnh- 84 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ b Xác định mô men dẻo Mp - Mo men dẻo (Mp) mo men ứng với toàn mặt cắt trừ phần bê tông chịu kéo đạt đến cường độ chảy Khi tính tốn mo men dẻo phải lấy mo men lực dẻo phần mặt cắt đối trục trung hoà dẻo n - Cụng thức tớnh mụ men dẻo: M p = pi zi i =1 Với Pi : lực dẻo thứ I Zi : khoản cách từ điểm đặt lực dẻo thứ I đến trục trung hoà dẻo - Trong trường hợp trục trung hồ qua sườn dầm ta có sơ đồ tính : bs ts 0.85 As.f c' - th tc III III II II Ac.Fyc Dcp.tw.Fyw Mp + Z2 Hsb Hcb Dcp bh + I I (Dw - Dcp).tw.Fyw Y1 tw At.Fyt Sơ đồ tính mơ men dẻo mặt cắt Giá trị mô men dẻo mặt cắt tính theo cơng thức: Dcp t M p = 0.85 AS f c ' ( Dcp + tc + Z x ) + Ac Fyc Dcp + c + Fyw t w + 2 + Fyw tw (D w − Dcp ) 2 t + At Fyt Dw − Dcp + t 2 Trong : ZS : khoảng cách từ trọng tâm bê tong đến mép dầm thép t 2t t bs ts s + th + bc th h + bh th h 2 ZS = bs th + bc th + bh th - Kết tính tốn xác định mo men chảy Mp CÁC ĐẠI LƯỢNG Kớ hiệu Giỏ trị Đơn vị Diện tớch cỏnh chịu nộn Ac 120 cm Diện tớch cỏnh chịu kộo At 180 cm ANC 580 cm Bề rộng bờtụng bs 200 cm Diện tớch bờtụng As 4500 cm Chiều cao phần sườn dầm chịu nén Dcp 0.51 cm KC từ trọng tâm đến mép dầm thép Zs 18.37 cm Mụmen chảy mặt cắt dầm chủ Mp 17894.988 kN.m Diện tớch dầm thộp - hồ trọng huỳnh- 85 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ 2.11.3 Kiểm toán sức kháng cắt dầm chủ a.Xác định hệ số C - Hệ số C : tỉ số ứng suất oằn cắt cường độ chảy cắt mặt cắt dầm - Cụng thức tớnh toỏn: + Nếu : Dw Ek thỡ C =1 1.10 tw Fyw Ek Dw Ek 1.10 Ek thỡ C = 1.38 Fyw tw Fyw Dw Fyw tw + Nếu 1.10 Ek Dw 1.52 Ek thỡ C = Fyw tw Dw Fyw tw + Nếu 1.38 Với k = + d0 Dw khoảng cỏch cỏc sườn tăng cường đứng - Tớnh hệ số k: k = 5+ d ( o )2 Dw = 9.53 - Xỏc định hệ số C: Dw 140 Ek 2,1.105.9.53 = = 70 1,1 = 1,1 = 74.348 C = 1.00 tw f yw 345 2.11.4 Sức kháng cắt dầm chủ a Điều kiện tính tốn - Mặt cắt dầm chủ mặt cắt đặc - Sườn dầm có bố trí sườn tăng cường - Mặt cắt dầm sử dụng loại thộp (khụng phải mặt cắt lai) b.Sưc kháng cắt mảnh sườn dầm phía -Cụng thức tớnh toỏn 0,87(1 − c) +Nếu M u M p thỡ :V n =V p c + d0 + Dw - hồ trọng huỳnh- 86 c.V p Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ 0,87(1 − c) +Nếu M u >0,5ỉ f M p thỡ :V n =R.V p c + d0 + Dw Mr − Mu Với R = 0,6+0,4 M 0,75Ø M f y r− c.V p 1 V p =0,58.F yw Dw.t w Trong +M u :Mơmen lớn mảnh sườn dâ,f xét tải trọng tính toan(Nmm) +V p :lực cắt dẻo +M r :sức khỏng uốn tớnh toỏn(Nmm) +ỉ f :hệ số sưc kháng uốn +M y :mụmen chảy(Nmm) +D w :chiều cao sườn dầm(mm) +d :khoảng cách sườn tăng cường đứng(mm) +c:tỉ số ứng suất oằn cắt cường độ chảy cắt -Bảng tớnh toỏn CÁC ĐẠI LƯỢNG Kớ hiệu Giỏ trị Đơn vị Mụmen uốn tớnh toỏn lớn Mu 8369.819 kN.m Sức kháng uốn danh định mặt cắt Mn 16350.9 kN.m Hệ số sức khỏng uốn ễf Sức khỏng uốn tớnh toỏn mặt cắt Mr 16350.9 kN.m Mụmen chảy mặt cắt My 13242.569 kN.m Mụmen dẻo mặt cắt Mp 17894.988 kN.m Hệ số R R 0.58 Sức khỏng cắt dẻo Vp 5602.8 -Tính sưc kháng cắt danh định: Ta cú :M u = 8369.8 >0,5 ỉ f M p =0,5.1,0.16350 = 8947.4KNm Vậy ta có sưc kháng cắt sườn dâm tính theo công thức: 0,87(1 − c) V n =R.V p c + = 5602.8kN d 1+ Dw c : Sức kháng cắt mảnh sườn dầm gối - hồ trọng huỳnh87 Líp cÇu hầm k53 kN - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ - Cụng thức tớnh toỏn: V n =c.V p V p =0,85.F yw D w t w Trong +V n :Sức kháng cắt danh định +V p :lực cắt dẻo mặt cắt, V p = 5602.8 kN + c: hệ số xác định phần trên,c=1,00 -Sức kháng cắt danh định V n = ỉ f V n =1,00.5602.8 = 5602.8 kN 11.5 Kiểm toán khả chịu cắt dầm - Cụng thức kiểm toỏn :V r V ttmã - Sức kháng cắt tính tốn sườn dầm V r = ỉ v V n =1,00x5602.8 = 5602.8 kN Trong + ỉ v :hệ số sưc kháng cắt, ỉ=1,00 + V n :sức kháng cắt danh định +V r :sức khỏng cắt tớnh toỏn - Kiểm toỏn : V r = 5602.8> Vttmax = 953.1 kN Kết luõn: Đạt Chương 3: So sánh lựa chọn phương án 3.1.Phương án I: Cầu dầm BTCT DƯL L = 33m 3.1.1.Ưu điểm - Sử dụng kết cấu định hình, tận dụng vật liệu sẵn có nước cát, đá xi măng chủ yếu, phần cốt thép chiếm tỉ lệ nhỏ so với trọng lượng toàn kết cấu thường sử dụng loại cốt thép tròn, giá rẻ loại thép dùng làm cầu phương án cầu liên hợp - hồ trọng huỳnh- 88 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ - Cầu BTCT có độ cứng hơn, có đủ độ bền đáp ứng yêu cầu khai thác an tồn, tiện, tuổi thọ cơng trình cao - Giảm chi phí tu bảo dưỡng so với phương án II 3.1.2.Nhược điểm - Do trọng lượng thân lớn kết cấu nhịp cầu BTCT không vượt nhịp lớn so với cầu thép phương án II - Do thi công công trường làm tăng thời gian thi cơng cơng trình cầu, bố trí tốt mặt nhân lực khắc phục nhược điểm - Do trọng lượng thân nặng khó khăn q trình lao lắp 3.2.Phương án II: Cầu dầm liên hợp thép - BTCT L = 33m 3.2.1.Ưu điểm - Trọng lượng thân nhẹ so với dầm BTCT có độ khả vượt nhịp lớn cầu BTCT - Vật liệu làm việc hợp lý, bêtơng chịu nén tốt nằm vùng chịu nén, thép chịu kéo tốt nằm vùng chịu kéo, tiết kiện vật liệu - Tổ chức thi cơng đơn giản nhẹ khơng đỏi hỏi thiết bị thi công phức tạp - Khi thi công dầm thép không bị phụ thuộc vào thời tiết, d 3.2.2.Nhược điểm - Thép dùng làm vật liệu chế tạo cầu tốn so với phương án I Đối với đất nước ta phần lớn số thép phải nhập từ nước ngồi, chi phí vận chuyển lớn - mơi trường ẩm, mặn, axít thép dễ bị gỉ làm giảm tuổi thọ cơng trình, nhiều thời gian tu bảo dưỡng - Trong q trình khai thác phải sơn định kỳ để chóng gỉ tốn 3.3 Kết luận - lựa chọn phương án - Căn vào phân tích ưu nhược điểm hai phương án để phục vụ cho việc học tập , hướng dẫn thầy, cô giáo môn cầu, em chọn phương án I (Phương án cầu BTCT DƯL) làm phương án thiết kế kỹ thuật - hồ trọng huỳnh- 89 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - - hồ trọng huỳnh- phương án sơ 90 Líp cÇu hầm k53 ...- Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ Chương1: Phương án sơ Cầu dầm BTCT Dự ứng lực 1.1 giới thiệu phương án 1.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272 – 05 1.1.2.Điều kiện tự nhiên vị trí xây dựng... 5000 1000 Sơ đồ b ố t r íc ọ c t r o n g mã n g mè Mo 1000 11000 - hồ trọng huỳnh- 40 Líp cÇu hầm k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ Chương II : Phương án sơ II Cầu dầm liên hợp thép - btct 2.1... k53 - Đồ án tốt nghiệp - phương án sơ 1.9.2 Kiểm toán khả chịu uốn - Sức kháng uốn tính tốn mặt cắt: Mr = Mn - Kiểm toán mặt cắt: + Khả chịu lực mặt cắt: Mu = Mttmax Mr Mr 13410.5 = 1.11 dầm