Phần II : thiết kế kĩ thuật Chơng I : Tính toán mặt cầu +Chiều dài tính toán: L = 42m +Khổ cầu: B=( + 2*1.5 )m +Tải trọng: đoàn xe HL93, ngời bộ: 300kg/m2 +Quy trình thiÕt kÕ BGTVT 22 TCN 272-05 +Tiªu chuÈn thiÕt kÕ đờng ôtô TCVN4054-05 Vật liệu : ' +Cờng độ bêtông 28 ngày tuổi fc 30MPa Fy 400MPa +Cờng độ thép thờng I Phơng pháp tính toán nội lực mặt cầu -áp dụng phơng pháp tính toán gần ®óng theo TCN 4.6.2( ®iỊu 4.6.2 cđa 22TCN272-05) MỈt cầu phân tích nh dầm liên tục gối dầm II Xác định nội lực mặt cầu Sơ đồ tính vị trí tính nội lực: Bản mặt cầu làm việc theo hai giai đoạn Giai đoạn : Khi cha nối , làm việc nh dầm cống son ngàm sờn dầm Giai đoạn hai : Sau nối bản, đợc nối mối nối ớt, đổ trực tiếp với dầm ngang 1/2 mặt cắt trụ1/2 mặt cắt nhịp TL 1:100 2% 2% a-Tính toán hẫng : -Xác định chiều dày mặt cầu: Chiều dày tối thiểu theo AASHTO 175(mm) Với dầm đơn giản : 1.2( S 3000) 1.2(2080 3000) 30 30 Hmin= = =203.2(mm)>175(mm) Chän hs = 205(mm) làm chiều dày chiu lực mặt cầu,cộng thêm 15(mm) hao mòn ,trọng lợng tính 220(mm) -Trọng lợng mặt cầu : Ws=Hb x c = 220 x 2.4x10 -5 =528 x10-5 N/mm 2-Träng lỵng lớp phủ: -Lớp phủ mặt cầu : + Bê tông Asphalt dày 5cm trọng,lợng riêng 22,5 KN/m3 + Bê tông bảo vệ dày 3cm trọng,lợng riêng 24 KN/m3 + Lớp phòng nớc Raccon#7(không tính) + Lớp tạo phẳng dày cm,trọng lợng riêng 24 KN/m3 Bề dày TL riêng Khối lợng Tên lớp (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 TÜnh t¶i rải lớp phủ tính cho 1mm cầu là: WDW 1,12 0,72 0,72 2,56(KN/m) -Träng lỵng lan can : Pb=(( 865x180+(450-180)x75+50x255+535x50/2+(450-230)x255/2))x2.4x10-5 = 5.75N/mm 180 150 865 270 450 75 255 50 cÊu t¹o lan can 1- Néi lùc tÜnh t¶i ( Néi lùc tÝnh cho d¶i b¶n ngang cã chiỊu réng lµ mm) a ) Néi lực mặt cầu Ws : Sơ đồ: S=2080mm ,h =200mm , Ws 480x10 N / mm ) Momen dơng âm nhịp gối dÇm liƯn tơc cã thĨ lÊy: ws S M= 12 =1444 N.mm/mm Việc xếp tĩnh tải mặt cầu thể nh vẽ: Ws 104 208 208 tải trọng phân bố đều,các diện tich bảng nhân với S để tính lực cắt S2 ®Ĩ tÝnh m«men R200 = WS xdiƯn tÝch thùc kh«ng có đoạn hẫng xS =4.80x10-3(0.3928)2080=3.58 (N/mm) M204 =Ws x diện tích thực đoạn hẫngxS2 =4.83x10-3(0.0772)20802=1337.72(N.mm/mm) M300 = Ws x xdiện tích thực đoạn hẫngxS2 =4.8x10-3(-0.1071)20802 =-1855.83 (N.mm/mm) b)Do hẫng Các tham số h0 =230(mm),W0 =5.42x10-3 (N/mm2) L=1250(mm).Việc đặt tĩnh tải lên hẫng thể hình Wo 104 208 208 W0 =5.42x10-3 Theo bảng A1 phản lực dầm I momen là: R200 =W0x(diện tích DAH doạn hẫng) L 104 =5.42x10-3(1+0.635 208 )1040 =6.78(N/mm) M200=-W0x(diƯn tÝch DAH do¹n hÉng) L =5.42x10-3(-0.5)10402 =-2445.78(N.mm/mm) M204=W0(diện tích ĐAHđoạn hẫng) L2 =5.42x10-3(-0.2460)10402=-1203.32(N.mm/mm) M300=W0(diện tích ĐAH đoạn hẫng)L2 =5.42x10-3(0.135) 10402=660.36(N.mm/mm) c)Do lan can Tải träng lan can coi nh mét lùc tËp trung cã giá trị Pb 5.75N / mm lan can Xếp tải lên đah để tìm tung độ đah tơng ứng Tra b¶ng víi: L1 Pb=5.75 N/mm 150 900 200 1040 300 2080 400 2080 R200 = Pb x (tung ®é ®ah) R200 = Pb(1+1.270L1/S) =575000x10-5x(1+1.127x900/2080)=8.5N/mm M200 = Pb x (tung ®é đah)x L1 M200-b =Pb(-1xL1) =575000x10-5x(-1x900)=-4628.75 N mm/mm 2080 đặt träng t©m cđa 950 150 800mm M204 = Pb x (tung ®é ®ah)x L1 M204 =Pb(-0.4920xL1) =575000x10-5x(-0.4920x900)=-2277.35N mm/mm M300 = Pb x (tung ®é ®ah)x L1 M300 =Pb(0.27xL1) =575000x10-5x(0.27x900)=1249.76 N mm/mm Néi lùc tÝnh cho d¶i b¶n trong( n»m sờn dầm ) d) Nội lực lớp phủ WDW Sơ đồ : WDW 168.75 N / mm Dïng b¶ng tra víi :L2=600mm 450 450 Wdw 200 1040 300 400 2080 2080 500 2080 600 2080 700 2080 1050 R200 = WDW((diện tích đah đoạn hẫng )L2+(Diên tích đah không hẫng)S ) L2 R200 = WDW ((1+0.635x S )x L2+0.3928xS) =244 M200 = WDW((diÖn tÝch ®ah ®o¹n hÉng )x L2 M200-DW = WDW(-0.5) x L2 =168.75x10-5x(-0.5)x6002=- 211 N mm/mm M204 = WDW x[(diÖn tích đah đoạn hẫng)x L2 +( diện tích đah không hÉng)x S ] 2 M204 = WDW[(-0.246)x L2 +(0.0772)x S ) =168.75x10-5x[(-0.246)x6002+(0.0772)x20802]=366.49 N mm/mm M300 = WDWx[(diÖn tích đah đoạn hẫng)x L2 +(diện tích đah không hẫng)x S ] 2 M300 = WDWx[(0.135)x L2 +(-0.1071)x S ) 2 =168.75x10-5x[(0.135)x600 +(-0.1071)x2080 ]=- 595.5 N mm/mm Xác định nội lực hoạt tải : 2.1 Mômen dơng lớn hoạt tải bánh xe: *Ti trọng: Tính theo tải trọng trục 145KN, tải trọng bánh xe trục giả thiết cách 1800mm, xe tải thiết kế đặt theo phương ngang cầu để gây nội lực lớn nhất, tim bánh xe cách lề đường không nhỏ 300mm thiết kế hẫng 600mm tính từ mép thiết kế, 3600mm thiết kế phận khác Chiều rộng dải (mm) chịu tải trọng bánh xe mặt cầu đổ chỗ là: - Khi tính hẫng: 1440 + 0.833X - Khi tính mơmen dương: 660 + 0.55S - Khi tính mơmen âm: 1200 + 0.25S ( X khoảng cách từ bánh xe đến tim gối) 2.2.1 Tính cho dải (Tức dải nằm sườn dầm): * Mômen dương lớn hoạt tải bánh xe: + Với nhịp (S), mômen dương lớn gần vị trí 204 (0.4S nhịp B-C): S = 2080 => SW+ = 660 + 0.55S = 660 + 0.55*2080 = 1705m - Trường hợp 1: Khi xếp xe (m = 1.2): - Sơ đồ: 1800 W 200 W=72.5KN 205 300 305 400 405 500 600 204 S/2 S S S y2 y1 0.4S - Phản lực gối 200: R200=m*(y1v – y2v )*(W/ SW+ ), đó, m hệ số xe Khi xe : m = 1.2 Khi xe : m = 1.0 R200 = 1.2*(0.5100-0.0775)*(72.5*103/1705)= 22.07 kN/m - Mơmen vị trí 204: M204 = m * (y1M – y2M)*S*(W/ SW+ ) = 1.2*(0.2040-0.031)*2080*(72.5*103/1705) = 16772.38 Nmm =16.77 kNm/m - Trường hợp : Khi xếp xe (m = 1): - Sơ đồ: S S/2 §ah M204 1800 W 200 W 205 204 S/2 1800 300 W=72.5KN 305 S 400 404 S 500 501.8 S S 600 S/2 §ah M204 y2 y1 y4 y3 0.4S - Phản lực gối 200: R200 = m*(y1v – y2v + y3v – y4v)*(W/ SW+ ) = 1*(0.5100-0.0775+0.0214-0.004)*( 72.5*103/1705) = 19.13 KN/m - Mơmen vị trí 204: M204 = m * (y1v – y2v + y3v – y4v)*S*(W/ SW+ ) = = 1*(0.2040-0.031+0.0086-0.0016) *2080* ( 72.5*103/1705) = 14542.52 Nmm/mm = 14.54 kNm/m So sánh trường hợp ta chọn Max{TH1;TH2}, Chọn TH1: R200= 22.07 KN/m , M204= 16.77 kNm/m * Mômen âm lớn gối hoạt tải bánh xe: - Thường mômen âm lớn đặt gối C (Điểm 300) - Chiều rộng dải tính mơmen âm SWSW- = 1220 + 0.25S = 1220 + 0.25*2080 = 1695mm - Trường hợp 1: Khi xếp xe (m = 1.2): Đường ảnh hưởng M300 có tung độ lớn điểm 206 - Sơ đồ: - Phản lực gối 200: R200=m*(y1v – y2v )*(W/ SW- ), đó, m hệ số xe Khi xe : m = 1.2 Khi xe : m = 1.0 R200 = 1.2*(0.2971-0.06815)*(72.5*103/1695)= 11.75 N - Mômen vị trí 300: M300 = m * (-y1M – y2M)*S*(W/ SW- ) = 1.2*(-0.1029-0.06815)*2080*(72.5*103/1695)= -16681.16 Nmm - Trường hợp 2: Khi xếp xe (m = 1): Theo lý thuyết sách “Cầu bê tông cốt thép đường ôtô” GS-TS Lê Đình Tâm rằng: Mômen xe thứ nhỏ 20%(m = 1) b Tính cho hẫng (Bản mút thừa): *Tải trọng: Tải trọng lấy tính dải phía trong, vị trí bánh xe đặt cách mép lan can 300mm hay 310mm tính từ tim dầm chủ * Mơmen âm hoạt tải hẫng: Sơ đồ: 300 W=72.5KN 500 X L=S/2 S S 1800 W W=72.5KN 200 205 300 305 400 405 500 600 204 S/2 S/2 S S S y1 SWo = 1240 + 0.833X Chỉ tính mơmen âm hẫng nếu: S S/2 §ah M200 X = (L – Bc – 600) > Thay số: X = (1040 – 450 – 600) =0 => SWo = 1240 + 0.833*0 = 1240 mm đó, phải tính mơmen âm hoạt tải: M200= - m*W*(L – Bc – 300)/ SWo ) = -1.2*72.5*103*(950-450-300)/1306.6 M200= -13317 Nmm/mm =-13.32 kNm/m * Mô men dơng lớn hoạt tảI : Tải trọng bánh xe đặt cách mép lan can 300 mm tÝnh tõ tim dÇm chđ.chiỊu réng làm việc dải lấy nh hẫng - Sơ đồ: 1800 W W=72.5KN 200 S/2 205 300 206.7 S 305 S 400 405 S 500 600 S S/2 §ah R200 y1 y2 R200 = m*(y1v + y2v )*(W/ SWo) = 1.2*(1.1105+0.27075) * 72.5*103/1306.6 R200= 98.51 kN/m 2.2.2 Tổ hợp nội lực (do tĩnh tải hoạt tải) bản: A Mômen lực cắt theo TTGH cường độ 1: Tổ hợp tải trọng thẳng đứng tính theo cơng thức ∑ iQi= [ pDC+ pDW+1.75(LL+IM)] Trong đó: := D R I 0.95 D=0.95 cốt thép thiết chảy.[A1.2.3] R=0.95 Bản liên tục.[A1.3.4] I=1.05 cầu quan trọng [A1.3.5] Do đó: I=0.95(0.95)(1.05)=0.95 Hệ số tải trọng cho tỉnh tải p lấy trị số lớn hiệu ứng lực tăng thêm trị số nhỏ hiệu ứng lực nhỏ [Bảng.1.2] Tỉnh tải DW trọng lượng lớp phủ bêtông nhựa DC tất tải trọng tĩnh khác Mu = 0.95*( p1*( MWo+ MPb + Mws )+ p2* MWdw+1.75*(1+IM)*MW) Qu = 0.95*( p2*( QWo+ QPb + QWs )+ p2* QWdw+1.75*(1+IM)*QW) Trong đó: Tỉng mÊt m¸t : f PT = f PT f PT f PT (MPa) TiÕt diÖn f PT ( MPa) f PT ( MPa) gèi 88.5 170.54 259.04 L/8 176.62 334.58 511.2 L/4 169.36 277.35 446.71 3L/8 166.54 242.57 409.11 L/2 168.41 230.36 398.77 IV.kiÓm toán theo ttgh c-ờng độ : 1.Kiểm tra sức kháng uốn : Do ta có bê tông mặt cầu bêtông dầm có c-ờng độ khác nên ta quy đổi bêtông mặt cầu bêtông làm dầm.Ta quy đổi theo chiều rộng cánh không quy đổi chiều cao cánh Hệ số quy đổi n n ED EB ED EB 0,045 1,5 c ' f DC ' f DC 0,045 1,5 c ' f CB ' f CB 30 50 b’2=0.7746*2080=1471.74mm Xem tiết diện tiết diện chữ T *kiểm tra MC L/2 (bá qua cèt thÐp th-êng): VÞ trÝ trơc trung hòa : +giả thiết trục trung hoà qua cánh : 0,7746 0.85f'c 1.02 0.51 F Apsfps APS f pu C 0.85 f c' 1b kAps f pu dp hf =301mm Aps = 7840(mm2) fpu = 1860 (Mpa) 0,85 0,05 ' f c 28 =0.85-0.05/7(50-28)= 0.69 fc’ = 50 dps = 1700 (mm) k 2(1.04 f py f pu ) 0.28 C= 7840 x1860 1860 0.85*0.85*50* 2080 0.28*7840* 1517 =205.3mm< hf = 301mm +giả thiết trục trung hoà qua cánh : +Sức kháng danh định tiết diện : Mn APS f PS (d p a= f PS Mn a ) +(b-bw)hf*0.85* fc’(hf/2–a/2) , * c 0.85 * 205.3 174.5mm c 175 ) 1860* (1 0.28x ) 1849MPa dp 7840 f pu (1 k 205.3 535 174.5) ) 1650* 535* 0.85 * 50 * ( 2 7840*1849* (1700 2.935.1010 Nm 29348KN m +KiÓm tra : M u Mn, 1, M u Ml/2 18355.12KN M 2.Kiểm tra hàm l-ợng cthép tối đa : C dc dc 0.42 APS f PS d p APS f PS 7840*1849*1700 1700mm 7840*1849 C=205.3mm