TKMH CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP - DẦM HỘP

Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct Nhiệm vụ thiết kế môn học Cầu bê tông cốt thép f1 Yêu cầu : - Thiết kế kết cấu nhịp một dầm giản đơn BTCT DƯL với các thông số cho trong bảng số liệu. - Kiểm toán dầm chủ, bản mặt cầu và dầm ngang (nếu có) theo các TTGH cờng độ và sử dụng. Bảng số liệu TKMH : 1 Tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272-05 2 Hoạt tải thiết kế HL-93 3 Tải trọng ngời đi bộ 3x10-3 MPa 4 Mác/Cờng độ BT dầm chủ (MPa) 45 5 Bề rộng phần xe chạy 12 6 Bề rộng lề đi bộ 2 7 Chiều dài dầm 38 8 Mặt cắt ngang dầm chủ Dầm hộp 9 Dầm ngang Không có dầm ngang 10 Công nghệ tạo DƯL cho dầm chủ Kéo sau 11 Loại cốt thép DƯL 12K15 Nội dung thiết kế: I. Các thông số vật liệu: I.1 Bê tông: - Tỷ trọng của bêtông c = 25 kN/m 3 Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 1 Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct - Cờng độ chịu nén quy định ở tuổi 28 ngày fc = 45 Mpa - Cờng độ chịu nén của bê tông lúc bắt đầu đặt tải hoặc tạo ứng suất trớc 40.5 ci f Mpa = - Cờng độ chịu kéo khi uốn của bê tông f r = 4.226 Mpa - Mô đun đàn hồi Ec = 36056.60 Mpa + Cờng độ chịu kéo khi uốn của Bêtông xác định bằng công thức: ' 0.63 4, 226 r c f f Mpa= = + Môdun đàn hồi: E ccc f = 5.1 043.0 I. 2 Thép c ờng độ cao: - Thép có độ chùng thấp của hãng VSL: ASTM A416 Grade 270 - Cáp 15,2mm, tiêu chuấn ASTM - Cờng độ chịu kéo : f MPa pu 1680= - ứng suất trong cốt thép DƯL khi kích: f MPa pj 1302= - Cấp của thép: =270 - Giới hạn chảy của cốt thép DƯL: f MPa py 1674= - Diện tích một tao cáp danh định 7 sợi là: S = 1,4 cm 2 - Đờng kính ống tạo lỗ d = 9 cm - Mô đun đàn hồi dây cáp (cable): Ep =197000 MPa - Hệ số ma sát : 2.0= à - Hệ số ma sát lắc trên 1mm bó cáp : K = 6.6E-07 mm 1 - Chiều dài tụt neo: mL 05.0= I. 3 Thép th ờng: - Giới hạn chảy tối thiểu của thép thanh fy = 400 Mpa - Mô đun đàn hồi của thép Es = 200000 Mpa II. Lựa chọn kích thớc dầm : II.2.1 Sơ bộ chọn kích thớc dầm hộp nh sau: Do bề rộng cầu là 12 m nên theo quy định ta chọn dầm 1 hộp . Theo điều 2.5.2.6.3 Chiều cao dầm tối thiểu h = 0,045L= 0,045x38=1,683m Chiều cao dầm : H = 300 Bề rộng cầu : B = 1750 Bề rộng bầu dới : B d = 1050 Chiều dày bản cánh dới : h d = 70 Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 2 Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct Chiều dày bản mặt cầu : h b = 30 Chiều dày bản cánh dầm : h c = 45 Bề rộng sờn dầm : b S = 60 Bề rộng vát cánh dới : b 1 = 100 Chiều cao vát cánh dới : h 1 = 50 Bề rộng vát cánh trên : b 2 = 100 Chiều cao vát cánh trên : h 2 = 50 Bề rộng vát cánh dầm : b 3 = 150 Chiều cao vát cánh dầm : h 3 = 50 Chiều dày bản dới thay đổi theo mặt cắt: Bề rộng lan can 50cm cao 100cm,gờ chắn rộng 25cm cao 30cm. Hình 1- Mặt cắt ngang đặc tr ng của dầm Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 3 Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct Hình 2- Mặt cắt dọc của dầm - Chiều dài dầm Ltt = 37.4m - Để tăng cờng khả năng chịu lực cắt của dầm tại mặt cắt gối ta tăng chiều dày bản cánh dới ở phía gần gối. Tổng hợp kích th ớc các mặt cắt : Hình 3: Các kích th ớc cơ bản của mặt cắt ngang cầu Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 B h b h c h c bv bs bs h d bd H 4 Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct bảng tổng hợp đặc trng hình học tại các mặt cắt Mặt cắt Gối 1.5m L/4 L/2 Diện tích mặt cắt : 14.080 13.840 13.600 13.600 Tọa độ trọng tâm mặt cắt : 1.115 1.111 1.107 1.107 Mô men tĩnh của mặt cắt đối với trục X : 15.696 15.376 15.056 15.056 Mô men quán tính của mặt cắt đối với trục X : 37.406 36.751 36.096 36.096 Mô men quán tính đối với trục trung hòa : 19.909 19.669 19.428 19.428 III. Xác định nội lực dầm chủ: Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 bảng tổng hợp kích thớc cơ bản tại các mặt cắt Mặt cắt Gối 1.5m L/4 L/2 Đơn vị Chiều cao dầm : H = 300 300 300 300 cm Bề rộng cầu : B = 1750 1750 1750 1750 cm Bề rộng bầu dới : B d = 1050 1050 1050 1050 cm Chiều dày bản cánh dới : h d = 70 68 55 50 cm Chiều dày bản mặt cầu : h b = 30 30 30 30 cm Chiều dày bản cánh dầm : h c = 45 45 45 45 cm Bề rộng sờn dầm : b S = 60 55 50 50 cm Bề rộng vát cánh dới : b 1 = 100 100 100 100 cm Chiều cao vát cánh dới : h 1 = 50 50 50 50 cm Bề rộng vát cánh trên : b 2 = 100 100 100 100 cm Chiều cao vát cánh trên : h 2 = 50 50 50 50 cm Bề rộng vát cánh dầm : b 3 = 150 150 150 150 cm Chiều cao vát cánh dầm : h 3 = 50 50 50 50 cm 5 Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct 1. Xác định nội lực do tĩnh tải : 1.1.Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ : + Tải trọng bản thân dầm DC dc : g DC1 = .A Trong đó : : Trọng lợng riêng bêtông (25kN/m 3 ) A: Diện tích mặt cắt ngang dầm tại các mặt cắt Mặt cắt Gối 1.5m L/4 L/2 Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ (kN/m) 352 346 340 340 + Tải trọng do bản mặt cầu : Bản mặt cầu dày 0.3m , rộng 17.5m + Tải trọng do lan can Ta sử dụng loại lan can theo tiêu chuẩn AASHTO : + Tải trọng lớp phủ : Lớp phủ dày 75mm tỷ trọng 22.5 kN/m 3 1.2. Các hệ số cho tĩnh tải p (22TCN 272-05, Bảng 3.4.1-2) Loại tải trọng TTGH sử dụng TTGH cờng độ1 DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ 1 1,25/0,9 DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1 1,5/0,65 1.3. Xác định nội lực : Để xác định nội lực ta vẽ đờng ảnh hởng cho các mặt cắt cần tính rồi xếp tĩnh tải rải đều lên đờng ảnh hởng. Nội lực đợc xác định theo công thức: + Mômen : M u = . p g + Lực cắt : V u = .g( p . + - p . - ) Trong đó : :Diện tích đờng ảnh hởng mômen tại mặt cắt đang xét + :Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt dơng tại mặt cắt đang xét - :Diện tích đờng ảnh hởng lực cắt âm tại mặt cắt đang xét :Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d và tầm quan trọng khai thác xác định theo TCN 1.3.2, = i . D . R 0.95 Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 6 ( ) 0.3 17.5 25 131.25 / DC bmc g kN m= ì ì = 27,844 / DW g kN m= 2 4,654 / DC g kN m= Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct Hệ số liên quan đến tính dẻo D = 0.95 (theo TCN 1.3.3) Hệ số liên quan đến tính d R = 0.95 (theo TCN 1.3.4) Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác i = 0.95 (theo TCN 1.3.3) 1.3.1. Mô men : Bảng tổng hợp nội lực do Mô men : Mômen TTGH Cờng độ1 TTGH Sử dụng Mặt cắt x (m) (m 2 ) Gối 0.00 0 0 0 1.5 1.50 26.925 16668.281 13886.508 L/4 9.35 131.134 81180.253 67632.065 L/2 18.70 174.845 108240.13 90175.915 Đơn vị m m 2 KNm KNm Đờng ảnh hởng Mômen tai các mặt cắt : + Mặt cắt L/2: + Mặt cắt L/4: + Mặt cắt 1,5m: 1.3.2 Lực cắt : Đờng ảnh hởng Lực cắt tai các mặt cắt : + Mặt cắt L/2: + Mặt cắt L/4: Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 7 Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct + Mặt cắt cách gối 1.5m : + Mặt cắt gối: Bảng tổng hợp nội lực do Lực cắt : Lực cắt (m 2 ) TTGH Cờng độ1 TTGH Sử dụng Mặt cắt x (m) + - Gối 0 18.7 0 11576.485 9644.483 1.5 1.5 17.23 0.03 10653.431 8870.861 L/4 9.35 10.52 1.17 6004.355 4822.241 L/2 18.7 4.68 4.68 864.452 0 Đơn vị mm m 2 m 2 KNm KNm 2. Xác định nội lực dầm chủ do hoạt tải : Hoạt tải xe ôtô và qui tắc xếp tải (TCN 3.6.1.3) Hoạt tải xe HL-93 - Hoạt tải xe ô tô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ (HL-93) sẽ gồm một tổ hợp của : + Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế. + Tải trọng làn thiết kế. - Hiệu ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích. - Qui tắc xếp tải (TCN 3.6.1.3) Hiệu ứng lực lớn nhất phải đợc lấy theo giá trị lớn hơn của các trờng hợp sau : + Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng thiết kế. + Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi nh trong TCN 3.6.1.2.2 tổ hợp Với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế. Tải trọng ngời đi bộ (PL) - Tải trọng ngời đi bộ 3kN/m 2 phân bố trên 2m nên tải trọng rải đều của ngời đi bộ là : Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 8 Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct 3 x 2=6 kN/m và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế. Sơ đồ tính : Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa các trục của xe tải thiết kế trong đa số các trờng hợp đều lấy =4.3m. Cách xếp tải xe lên đờng ảnh hởng: Xếp xe sao cho hợp lực của các trục xe và trục xe gần nhất cách đều tung độ lớn nhất của đờng ảnh hởng. + Với xe tải : 35(x+4,3)+145.x=145.(4,3-x) => x = 1.455m 35 KN 4,3m 4,3m 145 KN 145 KN x=1,455m Hợp lực P 3 =145 4,3m y 3 x = 1,455m y i y 1 y 2 ĐAH Mặt Cắt i 4,3m P 1 =35 P 2 =145 + Với xe hai trục : P 2 =110 y 2 y i y 1 ĐAH Mặt Cắt i P 1 =110 Hợp lực 1,2m x=0,6m 2.1 Mômen : Mômen tại các mặt cắt giữa nhịp cha nhân hệ số : . 9,3 i i M p y = + Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 9 0,1 1 = IRD i Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct Trong đó : + p i : trọng lợng các trục xe. + y i : tung độ đờng ảnh hởng. + : diện tích đờng ảnh hởng. Bảng tổng hợp Mômen do hoạt tải Tại mặt cắt L/2 Xe tải y1 8.9863 M xe tải 2693.7254 y2 6.8363 Ml àn 1626.0585 y3 7.5638 M xe 2 trục 1991 Xe hai trục yt1 9.05 M PL 1049.07 yt2 9.05 Tại mặt cắt L/4 Xe tải y1 6.4669 M xe tải 1964.4152 y2 3.2419 Ml àn 1219.5462 y3 6.1194 M xe 2 trục 1476.75 Xe hai trục yt1 6.5625 M PL 786.804 yt2 6.8625 Tại mặt cắt cách gối 1.5m Xe tải y1 0.7415 M xe tải 295.5245 y2 0 Ml àn 250.4025 y3 1.2966 M xe 2 trục 250.767 Xe hai trục yt1 0.8639 M PL 161.55 yt2 1.4158 2.2 Lực cắt : Lực cắt tại các mặt cắt giữa nhịp cha nhân hệ số : . i i Q p y= Trong đó : + p i : trọng lợng các trục xe. + y i : tung độ đờng ảnh hởng. Xe 3 trục : Xe hai trục : Nguyễn Ngọc Sơn Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 10 [...]... 0.85 ì fc' ì b *Lợng cốt thép tối đa Hàm lợng cốt thép và cốt thép dự ứng lực tối đa phải đợc giới hạn sao cho: Nguyễn Ngọc Sơn 32 Lớp: Cầu đờng bộ A-K46 Bộ môn cầu hầm thiết kế môn học cầu btct c . 9996 Trọng tâm của cốt thép tính với đáy dầm yc = 33.06cm Trong đó : - y là tung độ tính từ dáy dầm (cm) - yc = - A là diện tích các bó cốt thép - y là tọa độ các bó cốt thép 3. Tính toán. Ep -Mô đun đàn hồi của thép DUL (Mpa) Eci -Mô đun đàn hồi của bê tông lúc truyền lực(Mpa) N -Số lợng các bó thép ứng suất trớc giống nhau cgp f -Tổng ứng suất bê tông ở trọng tâm các bó thép. Grade 270 - Cáp 15,2mm, tiêu chuấn ASTM - Cờng độ chịu kéo : f MPa pu 1680= - ứng suất trong cốt thép DƯL khi kích: f MPa pj 1302= - Cấp của thép: =270 - Giới hạn chảy của cốt thép DƯL: f MPa py 1674=