thiết kế cầu bê tông cốt thép Mai Xuân Quang

Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Thiết kế cầu Bê tông cốt thép F1 * Yêu cầu: - Thiết kế kết cấu nhịp mộpt dầm giản đơn BTCT DƯL với các thông số đã cho - kiểm toán dầm chủ bản mặt cầu và dầm ngang theo các TTGH cờng độ và sử dụng * Các số liệu cho trớc: - Chiều dài toàn dầm L=33m Ta chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối là =40 cm Chiều dài nhịp tính toán L tt =33-2.0,4=32,2 m - Dạng kết cấu nhịp cầu dầm BTCT dự ứng lực - Dạng mặt cắt ngang chữ I liên hợp kéo trớc - Khổ cầu: K9+2x1m - Tải trọng thiết kế: HL93 - Bố cốt thép DƯL: K15 * Vật liệu sử dụng: - Bêtông dầm chủ mác 40 có các chỉ tiêu sau: + f c = 40 Mpa + c = 24 KN/m 3 + Ec = 31975,35 Mpa + Hệ số poisson = 0,2 - Bêtông bản mặt cầu mác 30 có các chỉ tiêu sau: + f c = 30Mpa + c = 24 KN/m 3 + Ec = 27691,5 Mpa + Hệ số poisson = 0,2 - Cốt thép DƯL loại tao 15,2 mm có: + Mô đun đàn hồi Ep = 197000 Mpa + Diện tích 1 tao = 140 mm 2 + Cờng độ chịu kéo khi uốn f pu =1860 Mpa. + Giới hạn chảy f py =0,9f pu =1674 Mpa MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 1 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 * Yêu cầu: - Thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN272_05 - Thuyết minh + Chọn cấu tạo kết cấu các bộ phận kết cấu nhịp + Tính toán nội lực các bộ phận kết cấu nhịp( dầm chủ, dầm ngang, Bản mặt cầu). + Duyệt mặt cắt các bộ phận kể trên - Bản vẽ: thể hiện nội dung chính trên giấy A3 . + Mặt đứng , mặt bằng và mặt cắt ngang điển hình . + Mặt đứng và các mặt cắt ngang bnố trí cốt thép dự ứng lực và cốt thép th- ờng dầm chủ ,bản mặt cầu và dầm ngang + Cấu tạo neo và bó cáp dự ứng lực. MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 2 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Phần 1: Nội dung thuyết minh I. Chọn cấu tạo kết cấu các bộ phận kết cấu nhịp 1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ: 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu: - Tổng chiều dài toàn dầm là 33 mét, - Chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 32,2 m. - Bề rộng toàn cầu B= 9+2x1+2x0,25+2x0,25 =12 m - Bố trí 5 dầm chủ trên mặt cắt ngang cầu: các yếu tố hình học thể hiện trên hình vẽ - Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2400 mm. 2 %2 % 2501000250 9000/29000/2 2501000250 1200 4 x 2400 = 9600 1200 - Để tạo độ dốc ngang cho cầu bằng cách thay đổi chiều cao đá kê gối do đố lớp phủ mặt cầu có bề dày không thay đổi và có chiều dày bằng 7 cm trên bề rộng mặt cầu là 11 m - Bản mặt cầu dày 20 cm 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ: MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 3 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với các kích thớc sau: - Chiều cao toàn dầm: 1650mm. - Chiều dày sờn dầm: 200mm. - Chiều rộng bầu dầm: 650mm. - Chiều cao bầu dầm: 250mm. - Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 200mm. - Chiều rộng cánh dầm: 850mm. - Phần gờ dỡ bản bêtông đổ trớc: 80mm (mỗi bên). Các kích thớc khác nh hình vẽ: 200 1650 650 250 200 900 100 120 80 850 100 100650 Mặt cắt dầm chủ Mặt cắt tại gối (Mở rộng sờn dầm) MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 4 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Bố trí đầu dầm I 200 1650 tim dầm gối 1000 1500 400 2.2 Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1): Yêu cầu: h min =0,045.L Trong đó ta có: L: Chiều dài nhịp tính toán L=32200mm . h min : chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu. h min =1650+200=1850mm. h min =0,045.L=0,045.32200=1449 mm< h = 1850mm. => Thỏa mãn. II. Tớnh c trng hỡnh hc mt ct dm I, h s phõn b ti trng . Xột cỏc mt ct c trng gm: mt ct gi : x 0 = 0 m. mt ct thay i tit din : x 1 = 1,5 m. mt ct cỏch gi L tt /4 : x 2 = 8,05 m. mt ct cỏch gi L tt /2 : x 3 = 16,1 m. 1. Xột mt ct trờn gi. Din tớch mt ct: A 0 = 1099576,9231mm 2 . Mụ men tnh ca mt ct i vi trc X: S 0 =650.1650.1650/2+2.100.120.1510 + 2.1/2.100.31.1440=925516500 (mm 3 ) Khong cỏch t trc trung ho X 0 ca tit din n ỏy dm: Y 0 = S 0 /A 0 = 841,7 (mm) MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 5 Bé m«n CÇu HÇm Khoa C«ng tr×nh– thiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT-F1 Y Xo X 1419 120 80 mÆt c¾t t¹i gèi 31 650 100 100 650 1650 Mômen quán tính đối với trục X: I = (650.1650 3 /12 + 650.1650.825 2 ) + 2.(100.120 3 /12 + 100.120.1510 2 ) + 2.(100.31 3 /36 + ½.100.35.1440 2 ) = 1,0353.10 12 (mm 4 ) = 0,1035m 4 Mômen quán tính đối với trục X 0 : I 0 = I – Y 0 2 .A 0 = 2,563.10 11 (mm 4 ) = 0,2563m 4 2. Xét mặt cắt x 1 , x 2 , x 3 . X Xo Y mÆt c¾t gi÷a nhÞp 200 1650 650 250 200 900 100 120 80 850 100 100650 MaiXu©nQuang_CÇuhÇm_k46 6 Bé m«n CÇu HÇm Khoa C«ng tr×nh– thiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT-F1 Diện tích mặt cắt: A’ = 634000mm 2 . Mô men tĩnh của mặt cắt đối với trục X: S x = 850.300.1500 – 2.(100.80.1610 + ½.325.100.1383) + 200.900.900 + + 450.650.225 – 2.1/2.225.200.383 = 522370000 (mm 3 ) Khoảng cách từ trục trung hoà X’ của tiết diện đến đáy dầm: Y 1 = S/A’ = 823,927 (mm) Mômen quán tính đối với trục X 0 I 0 = 2,126.10 11 (mm 4 ) = 0,2126m 4 3. Hệ số. 3.1. Hệ số điều chỉnh tải trọng i η Hệ số điều chỉnh tải trọng lấy như sau: Hệ số Trạng thái giới hạn Cường độ Sử dụng Mỏi Độ dẻo d η 0,95 1 1 Độ dư r η 0,95 không áp dụng không áp dụng Tầm quan trọng i η 1 1 1 η = i η . i η . i η 0,95 1 1 3.2. Hệ số làn. Bề rộng mặt cầu của phần xe chạy là 9m nên cầu có 2 làn xe. Theo bảng 3.6.1.1.2.1 (22TCN272-05), ta có hệ số làn xe như bảng dưới đây. Hệ số làn xe này không áp dụng kết hợp với hệ số phân bố tải trọng gần đúng trừ khi dùng qui tắc đòn bẩy, đồng thời cũng không áp dụng cho trạng thái mỏi. Số làn 1 2 m 1,2 1 3.3. Hệ số xung kích (1 + IM/100). MaiXu©nQuang_CÇuhÇm_k46 7 Bé m«n CÇu HÇm Khoa C«ng tr×nh– thiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT-F1 Chỉ xét hệ số xung kích cho xe tải thiết kế và xe hai trục thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm. Không áp dụng hệ số xung kích cho tải trọng làn và tải trọng người đi. Tên hệ số Trạng thái giới hạn Cường độ Sử dụng Mỏi 1 + IM/100 1,25 1,25 1,15 3.4. Hệ số phân bố ngang của HL-93. 3.4.1. Dầm trong. Khoảng cách tim các dầm chủ :S = 2400 mm. Nhịp dầm :L tt = 32200 mm. Bề dày bản bê tông mặt cầu :h f = 200 mm. Cường độ chịu nén của bê tông làm dầm : f’ c = 40Mpa. Cường độ chịu nén của bê tông làm bản mặt cầu : f’ c = 30Mpa tỷ số môđun giữa dầm và bản mặt cầu: n = 15,1 5,27691 35,31975 == ban dam E E . Khoảng cách giữa trọng tâm của dầm và của bản mặt cầu: e g = (1650 − 823,927) + 200/2 = 926,073 (mm) Tham số độ cứng dọc: K g = n.(I d +A.e g 2 ) = 1,15.( 2,126.10 11 +634000.926,073 2 ) = 8,7.10 11 a). Đối với mômen. Điều kiện để áp dụng công thức : Yêu cầu Kích thước thực tế 1100 ≤ S ≤ 4900 S = 2400mm 110 ≤h f ≤ 300 h f = 200mm 6000 ≤ L ≤ 73000 L tt = 32200mm N b ≥ 4 N b = 5 Một làn chất tải: MaiXu©nQuang_CÇuhÇm_k46 8 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 g mg1 = 1,0 3 3,0 4,0 4300 06,0 + ftt g tt hL K L SS = 47,0 200.32200 8,7.10 32200 2400 4300 2400 06,0 1,0 3 11 3,04,0 = + Hai hoc nhiu ln xe cht ti: g mg2 = 1,0 3 2,0 6.0 2900 075,0 + ftt g tt hL K L SS = 67,0 200.32200 10.7,8 32200 2400 2900 2400 075,0 1,0 3 11 2,06,0 = + - Chọn giá trị cực đại làm phân bố hệ số mô men thiết kế của các dầm giữa: 67,0),max( 21 == mgmgmg ggg b). i vi lc ct. iu kin ỏp dng cụng thc trờn: Yờu cu Kớch thc thc t 1100 S 4900 S = 2400mm 110 h f 300 h f = 200mm 6000 L 73000 L = 32200mm N b 4 N b = 5 4x10 9 K g 3x10 12 K g =8,09.10 11 Mt ln xe cht ti: g vg1 =0,36 + 7600 2400 36,0 7600 += s =0,676 Hai hay nhiu ln xe cht ti: g vg2 = 2 0,2 7600 10700 S S + ữ = 2 2400 2400 0,2 7600 10700 + ữ =0,466 . MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 9 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Chọn giá trị cực đại làm phân bố hệ số lực cắt thiết kế của các dầm giữa: 1 2 max( , ) 0,676 vg vg vg g g g = = 3.4.2. Dm biờn. a). i vi mụmen. Mt ln thit k chu ti: ỏp dng qui tc ũn by. (4.6.2.2.2c-1) Truck 2400950 Tải trọng làn PL 3000 6001800 600 2501000 0,625 0,875 0,9792 1 1,3958 Vỡ s ln cht ti l 1 nờn h s ln xe m = 1,20. Vi xe ti thit k: g HL1 = 1,2.0,5.0,625 = 0,375 Vi ti trng ngi i: g PL1 = 1,2.0,5.(1,3958 + 0,9792) = 1,425 Vi ti trng ln: g lan1 = 1,2/3.0,5.0,875.2,1 = 0,3675 Khi hai hoc hn hai ln thit k chu ti: d e = 300mm: khong cỏch gia tim bn bng phớa ngoi ca dm biờn v mộp trong ca bú va hoc lan can chn xe. Tham s d e phi c ly giỏ tr dng nu MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 10 [...]... DCb=DCdc+DCbmb+DCdn+DClcb+0.5DCvk+DCgc =1684+1152+173+370+0,5.336+240=3787 kg/m DWb=317,7 kg/m MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 16 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 2 Hoạt tải HL 93: - Xe tải thiết kế - Xe hai trục thiết kế - Hoạt tải xe thiết kế: Xe tải thiết kế+ tải trọng làn Xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn 2.1 Hoạt tải ngời đi bộ(PL): Pl=3x10-3 MPa 2.2Mặt cắt đặc trng: Mặt cắt gối:... bất lợi sau: Công thức tính lực cắt do xe tải thiết kế: MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 26 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Vtruck=145.yV1+145yV2+35yV3 Công thức tính lực cắt do xe 2 trục thiết kế: Vtandem=110(yV3+yV4) Trong đó, yV1 là tung độ đờng ảnh hởng lực cắt tơng ứng tại các mặt cắt đặt các trục xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế nh hình vẽ Bảng tính: X yV1 yV2 yV3 yV4 yV5... Apsg=4,263.10 mm - Số tao cáp DƯL cần thiết theo công thức trên: ncg= Apsg Aps1 = 30,45 - Vậy chọn nc=44 tao thép Dps=15,2mm 1650 - Diên tích thép DƯL trong dầm Aps=nc.Aps1=44.140=6160 mm2 nhóm cáp III nhóm cáp II nhóm cáp I 400 8400 3000 5100 16500 Tại mặt cắt giữa dầm v u dm bố trí cốt thép DƯL nh sau MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 32 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 43 44 41 42 25 26... thép DƯL thành diện tích Aps đặt tại trọng tâm đám thép DƯL Chiều cao dầm H=1,65m Đặc trng hình học mặt cắt dầm I cha liên hợp - Mô đun đàn hồi của bê tông : Ecdầm=31975,35Mpa - Mô đun đàn hồi của thép : Ep=197000Mpa - Hệ số quy đổi thép sang bê tông : n1= Ep E cdam = 6,16 - Diện tích mặt cắt dầm I giai đoạn 1 tính đổi (tính cả đối với thép) - Đây là quy đổi về bê tông: Diện tích thép quy đổi về bê. .. trục xe và trục xe gần nhất cách đều tung độ lớn nhất của đờng ảnh hởng Hợp lực Với xe tải thiết kế (truck) 4,3m 35(x+4,3)+145.x=145.(4,3-x) x=1,455m 4,3m => x= 1,455 m MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 35 KN 145 KN 23 145 KN Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Với Tendom: x=0.6 m Nội lực xe thiết kế sẽ đợc lấy bằng giá trị lớn hơn trong các giá trị trên Công thức tính: Hợp lực Mtruck=... tao cáp : Aps1=140 mm 2 - Mô đun đàn hồi cáp: Ep=197000MPa - , Bê tông dầm cấp : f c1 = 40MPa - Mô men tính toán : M u = 10008,091KN m - Đối với cấu kiện BTCT chịu uốn và chịu kéo DƯL thì hệ số sức kháng = 1 MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 31 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình - thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Theo kinh nghiệm diện tích mặt cắt ngang cốt thép DƯL có thể tính gần M 6 10008,091.10 u đúng: Apsg = 0,85... và tỷ lệ độ võng của các dầm chủ theo quan hệ đờng thẳng 4.2 Tính hệ số phân bố ngang : Tính hệ số độ mềm của liên kết ngang = MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 d3 ' 6.E.I n p 11 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Trong đó : I : Mômen quán tính đợc tính dải dọc cầu của kết cấu ngang I ' = I / a -Tỷ số giữa mômen quán tính của một dầm ngang với khoảng cách giữa các dầm ngang I' = I... cắt dầm I giai đoạn 1 tính đổi (tính cả đối với thép) - Đây là quy đổi về bê tông: Diện tích thép quy đổi về bê tông là n 1.Aps và diện tích bê tông thực chất có Amc-Aps.Do vậy ta có công thức : Atđ=Amc+(n1-1).Aps MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 35 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 850 650 100 100 120 80 100 250 200 1650 900 200 650 Mặt cắt dầm I ở giai đoạn 1 Bảng tính diện tích... 1295,36 1705,0 677,64 1731,225 2154,000 Trờng hợp 2: MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 22 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Công thức tính: Mtruck= yM1.145+yM2.145+yM3.35 (kN) Mtandem= yM4.110+yM5.110 (kN) Mxetk=max(Mtruck,Mtandem) Trong đó: yM là tung độ đờng ảnh hởng mô men tại mặt cắt có toạ độ X tơng ứng Bảng tính mô men do xe thiết kế trờng hợp 2: x 0,00 yM1 0,00 yM2 0,00 1,27 7 yM3... ngời: g PL1 = 1 1 Yng1 + Yng 2 ble = 2 ( 0, 48 + 0,31) 1 = 0,395 2 ( ) Vậy ta thấy hệ số phân bố ngang tính theo nén lệch tâm nhỏ hơn so với kết quả trên nên ta sử dụng kết qủa ở trên MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 13 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 III.Xác định nội lực tại các mặt cắt đặc trng 1 Xác định tĩnh tải 1.1 Tĩnh tải dầm chủ +Xét đoạn dầm từ đầu dầm đến mặt cắt thay . + Cờng độ chịu kéo khi uốn f pu =1860 Mpa. + Giới hạn chảy f py =0,9f pu =1674 Mpa MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 1 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 * Yêu cầu: -. cốt thép th- ờng dầm chủ ,bản mặt cầu và dầm ngang + Cấu tạo neo và bó cáp dự ứng lực. MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 2 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Phần 1: Nội dung. trên bề rộng mặt cầu là 11 m - Bản mặt cầu dày 20 cm 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ: MaiXuânQuang_Cầuhầm_k46 3 Bộ môn Cầu Hầm Khoa Công trình thiết kế môn học Cầu BTCT-F1 Dầm chủ có tiết