thiết kế cầu BTCT dự ứng lực Thanh Hoa

ThiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT D¦L Bé m«n cÇu HÇm 1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1.1. Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu dầm BTCT DƯL nhịp giản đơn. - Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05 - Tiết diện dầm chủ: Chữ I. - Phương pháp tạo DƯL: Căng sau - Hoạt tải thiết kế: HL 93 + 3.10 -3 MPa - Chiều dài nhịp: L = 34 m - Khổ cầu: 7,0+2x1 m - Cầu thiết kế có dầm ngang. 1.2. Vật liệu chế tạo dầm - Bêtông dầm: + Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: ' c f = 40 MPa + Trọng lượng riêng của bêtông: c γ = 25 kN/m 3 + Mô đun đàn hồi 1.5 ' cs c cs E 0,043. f= γ = 1.5 0,043.25 40 = 33994,5 MPa - Bêtông bản mặt cầu: + Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: ' cs f = 30 MPa + Trọng lượng riêng của bêtông: c γ = 25 kN/m 3 + Mô đun đàn hồi 1.5 ' cs c cs E 0,043. f= γ = 1.5 0,043.25 30 = 29440 MPa - Cáp DƯL: Sử dụng loại cáp 12 tao 12.7mm theo tiêu chuẩn ASTM 416. + Diện tích một bó: = 11,84 cm 2 + Đường kính ống bọc: = 72 mm - Các chỉ tiêu cáp DƯL: + Cường độ chịu kéo: f pu = 1860 MPa + Giới hạn chảy: f py = 0,9.f pu f py = 1670 MPa + Môđun đàn hồi: E p = 197000 MPa - Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: f y = 420 MPa + Môđun đàn hồi: E s = 200000 MPa Ngô Thị Thanh Hoa CÇu - §êng bé B K46 1 Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm 2. CU TO KT CU NHP 2.1. Chiu di tớnh toỏn KCN - Kt cu nhp gin n cú chiu di nhp: L nh = 34 m - Khong cỏch t u dm n tim gi: a = 0,4 m - Chiu di tớnh toỏn nhp: L tt = L nh - 2.a L tt = 33,2 m 2.2. Quy mụ mt ct ngang cu - Cỏc kớch thc c bn ca mt ct ngang cu: + B rng phn xe chy: B xe = 7 m + B rng l i b: b le = 1 m + B rng vch sn b vs = 0,25m + B rng chõn lan can: b clc = 0,5m + B rng ton cu: B cau = B xe + 2.b le + 2.b vs B cau = 10,5m + S ln xe thit k: n l = 2 ln - Khong cỏch gia cỏc dm ch l: ( ) S 2100 2500 mm= ữ - S dm ch thit k chn nh sau: ( ) cau cau dam B B 10,5.1000 10,5.1000 n 4,2 5,0 2500 2100 2500 2100 = ữ = ữ = ữ ữ ữ => Chn n dam = 5dm. => Chn S = 2100mm. + Chiu di phn cỏnh hng: ( ) ( ) o cau dam e B n 1 .S 10,5.1000 5 1 .2100 d 1050mm. 2 2 = = = Lớp bê tông bảo vệ dày 4cm Lớp phòng nớc dày 1cm Bản mặt cầu dày 20cm Lớp mui luyện dày 2cm Lớp bê tông nhựa dày 5cm Vạch sơn Vạch sơn 1/2 mặt cắt gối 1/2 mặt cắt giữa nhịp Ngụ Th Thanh Hoa Cầu - Đờng bộ B K46 2 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT D¦L Bé m«n cÇu HÇm Hình 1. Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp 2.3. Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ 2.3.1. Mặt cắt L/2 và L/4 Hình 2: Cấu tạo mặt cắt L/2 và L/4 Dầm chủ chữ I với các kích thước như sau: - Chiều cao dầm chủ: h = 1650 mm - Kích thước bầu dầm: + Bề rộng bầu dầm: b 1 = 650 mm + Chiều cao bầu dầm: h 1 = 250 mm + Bề rộng vút bầu dầm: b 2 = 225 mm + Chiều cao vút bầu dầm: h 2 = 200 mm - Kích thước sườn dầm: + Bề rộng sườn dầm: b 3 = 200 mm + Chiều cao sườn dầm: h 3 = 890 mm - Kích thước bản cánh trên: + Bề rộng bản cánh trên: b 7 = 850 mm + Chiều cao cánh trên: h 5 = 120 mm + Bề rộng vút bản cánh trên: b 4 = 325 mm + Chiều cao vút bản cánh trên: h 4 = 110 mm - Kích thước gờ kê ván khuôn cố định: + Bề rộng: b 6 = 100 mm + Chiều cao: h 6 = 80 mm Ngô Thị Thanh Hoa CÇu - §êng bé B K46 3 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT D¦L Bé m«n cÇu HÇm 2.3.2. Mặt cắt gối Hình 4: Cấu tạo mặt cắt gối - Kích thước sườn dầm: + Bề rộng sườn dầm: b 1 = 650 mm + Chiều cao sườn dầm: h 7 = 1416 mm - Kích thước bản cánh trên: + Bề rộng bản cánh trên: b 7 = 850 mm + Chiều cao cánh trên: h 5 = 120 mm + Chiều cao vút bản cánh trên: h 8 = 34 mm - Kích thước gờ kê ván khuôn cố định: + Bề rộng: b 6 = 100 mm + Chiều cao: h 6 = 80 mm 2.4. Cấu tạo bản bêtông mặt cầu - Chiều dày bản bêtông: t s = 200 mm - Chiều dài phần cánh hẫng: d e = 1050 mm - Chiều dài phần cánh hẫng phía trong: S/2 = 1050 mm - Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp H cb = 1850 mm 2.5. Cấu tạo dầm ngang - Chia dầm ra làm 4 phần bằng nhau, do tính đối xứng nên ta bố trí dầm ngang tại các vị trí: Gối, S/2 và S/4 - Tổng số lượng dầm ngang n ng = (n-1) x 5 = 20 dầm Trong đó: n: số lượng dầm chủ, n = 5 dầm - Cấu tạo dầm ngang tại gối: + Chiều cao: h dn = 1320 mm + Bề rộng: b dn = 1450 mm + Chiều dày: t dn = 250 mm - Cấu tạo dầm ngang tại mặt cắt nhịp: + Chiều cao: h dn = 1320 mm Ngô Thị Thanh Hoa CÇu - §êng bé B K46 4 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT D¦L Bé m«n cÇu HÇm + Bề rộng: b dn = 1900 mm + Chiều dày: t dn = 250 mm 2.6. Cấu tạo ván khuôn cố định + Chiều cao: h vk = 80 mm + Bề rộng: b vk = 1450 mm + Tổng số lượng ván khuôn trên mặt cắt ngang cầu = 4 chiếc 2.7. Đặc trưng hình học của mặt cắt 2.7.1. Xác định bề rộng bản cánh hữu hiệu 2.7.1.1. Dầm trong - Bề rộng bản cánh hữu hiệu của dầm trong b i lấy giá trị nhỏ nhất của các giá trị sau: + 1/4 chiều dài nhịp, L tt /4 = 8300 (mm). + 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày sườn dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm =12.t s + 3 b = 12.200 + 200 = 2600 (mm) + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S=2100 mm)- Khống chế => Vậy chọn b i = 2100 mm 2.7.1.2. Dầm biên - Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu của dầm biên b e được lấy bằng 1/2 b i + trị số nhỏ nhất của: + 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu, L tt /8 = 4150 mm. + 6 lần chiều dày bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày sườn dầm hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính =6.t s + 3 b 2 = 6.200 + 200 2 = 1300 (mm) - Chiều dài cánh hẫng, d e = 1050 mm => Vậy chọn b e = 2100 mm Ngô Thị Thanh Hoa CÇu - §êng bé B K46 5 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT D¦L Bé m«n cÇu HÇm 2.7.2. Đặc trưng hình học của mặt cắt Do dầm trong và dầm biên có cấu tạo giống nhau nên ta tính ĐTHH của mặt cắt dầm trong, mặt cắt dầm biên tương tự. 2.7.2.1. Đặc trưng hình học của mặt cắt mặt cắt L/2 và L/4 Hình 5: Chia mặt cắt nhịp thành các khối - Diện tích mặt cắt: 0 i A A = ∑ Trong đó: + A o : Diện tích mặt cắt dầm tại giữa nhịp. + A i : Diện tích từng khối đã chia của mặt cắt. Bộ phận Hình dạng Chiều dài cạnh trên Chiều dài cạnh dưới Chiều cao Diện tích (mm) (mm) (mm) (mm 2 ) 1 Chữ nhật 650 650 250 162500 2 Hình thang 200 650 200 85000 3 Chữ nhật 200 200 890 178000 4 Hình thang 850 200 110 57750 5 Chữ nhật 850 850 120 102000 6 Chữ nhật 650 650 80 52000 Diện tích mặt cắt A o 637250 Ngô Thị Thanh Hoa CÇu - §êng bé B K46 6 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT D¦L Bé m«n cÇu HÇm - Mômen tĩnh của mặt cắt với trục nằm ngang đi qua đáy dầm: ( ) 4 i 4 3 1 i 2 o 1 1 2 2 1 2 3 i 1 4 4 i 4 i 2 i 1 4 5 7 5 i 5 5 6 i 6 i 1 i 1 2 h h 1 1 1 2 S b .h . 2. .b .h . h h b . h . h 2. .b .h . h h 2 2 3 2 2 3 1 1 b .h . h h b .h . h h 2 2 250 200 650. 225.200. 250 200. 200 890 110 . 2 3 = = = = =    ÷     = + + + + + +  ÷  ÷  ÷      ÷       + + + +  ÷  ÷       = + + + + +  ÷   ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ 3 200 890 110 250 2 2 120 325.100. 250 200 890 .110 850.120. 250 200 890 110 3 2 80 650.80. 250 200 890 110 120 2 5,27E 8mm + +   +  ÷       + + + + + + + + +  ÷  ÷       + + + + + +  ÷   = + - Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến đáy dầm: 8 b o o o S 5,27.10 Y 826,7mm A 637250 = = = - Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến mép trên dầm: t b o o Y h Y 1650 826,7 823,3mm= − = − = Ngô Thị Thanh Hoa CÇu - §êng bé B K46 7 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT D¦L Bé m«n cÇu HÇm - Mô men quán tính của mặt cắt với trục 0 - 0: 3 4 2 2 3 3 3 i b b i 2 1 1 1 2 2 o 1 1 o 1 2 o 2 4 2 3 3 i 4 3 b b 4 4 7 5 i 2 3 i 1 o 4 4 i 4 o i 2 i 1 2 4 b 7 5 i 5 o i 1 b . h b .h h b .h 1 I b .h . Y 2. h h Y 12 2 36 3 12 h b .h 2 b .h b . h h Y 2. . b .h . h h Y 2 36 3 12 1 b .h . h h Y 2 = = = = =    ÷       = + − + + + − +  ÷  ÷        ÷   + + − + + + − +  ÷  ÷    ÷     + + −  ÷   ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ( ) ( ) 2 3 5 b 5 6 5 6 i 6 o i 1 2 2 3 3 3 2 3 b .h 1 b .h . h h Y 12 2 650.250 250 225.200 1 650.250. 826,7 2. 250 200 826,7 12 2 36 3 200. 200 890 110 200 890 110 200. 200 890 110 . 250 826,7 12 2 325.110 2. 325.110. 2 36 =   + + + −  ÷       = + − + + + −  ÷  ÷     + + + +   + + + + + −  ÷   + + ∑ 2 3 2 3 2 4 2 850.120 50 200 890 .110 826,7 3 12 120 650.80 850.120. 250 200 890 110 826,7 2 12 80 650.80. 250 200 890 110 120 826.7 2 2,14E 11mm   + + + − +  ÷     + + + + + − +  ÷     + + + + + + −  ÷   = + 2.7.2.1. Đặc trưng hình học của mặt cắt mặt cắt gối Hình 6: Chia mặt cắt gối thành các khối Ngô Thị Thanh Hoa CÇu - §êng bé B K46 8 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT D¦L Bé m«n cÇu HÇm - Diện tích mặt cắt gối: 0 i A A = ∑ Trong đó: + A o : Diện tích mặt cắt dầm tại gối. + A i : Diện tích từng khối đã chia của mặt cắt. Bộ phận Hình dạng Chiều dài cạnh trên Chiều dài cạnh dưới Chiều cao Diện tích (mm) (mm) (mm) (mm 2 ) 1 Chữ nhật 650 650 1416 920500 2 Hình thang 850 650 34 25385 3 Chữ nhật 850 850 120 102000 4 Chữ nhật 650 650 80 52000 Diện tích mặt cắt A o 1099885 - Mômen tĩnh của mặt cắt với trục nằm ngang đi qua đáy dầm: 2 1 o 6 8 7 8 6 7 8 5 2 3 b .h 1 2 1 S 2. .b .h . h h 2.b .h5. h h h 2 2 3 2 650.1650 1 2 1 2. .100.34. 1416 .34 2.100.120. 1416 34 .120 2 2 3 2 9.26E 08mm     = + + + + +  ÷  ÷         = + + + + +  ÷  ÷     = + - Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến đáy dầm: 8 b o o o S 9,26.10 Y 841,8mm A 1099885 = = = - Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến mép trên dầm: t b o o Y h Y 1650 841,8 808,2mm= − = − = - Mômen quán tính của mặt cắt với trục 0 - 0: Ngô Thị Thanh Hoa CÇu - §êng bé B K46 9 ThiÕt kÕ m«n häc CÇu BTCT D¦L Bé m«n cÇu HÇm ( ) ( ) 2 3 3 3 2 b b 1 6 8 6 5 o 1 o 6 8 7 8 o 2 3 3 2 b 6 5 7 8 5 o b .h b .h 2 b .h I b .h. h Y 2. b .h . h h Y 2. 12 36 3 12 1 650.1650 100.34 2.b .h . h h h Y 650.1650. 1650 841,8 2. 2 12 12 2 100.120 100.34.(1416 34 841,8) 2. 3 12 1 2.80.120. 1416 34   = + − + + + − + +  ÷     + + − = + − +  ÷   + + − + + + + 2 4 120 841,8 2.56E 11mm 2   − = +  ÷   2.7.3. Tổng hợp ĐTHH của các mặt cắt Đặc trưng hình học Mặt cắt L/2 và L/4 Mặt cắt gối Đơn vị Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Kí hiệu mm 2 Diện tích A o 637250 A o 1099885 mm 4 Mômen quán tính I o 2.14E+11 I o 2,56E+11 mm Trọng tâm tới đáy dầm b o Y 826,7 b o Y 841,8 mm Trọng tâm tới đỉnh dầm t o Y 823,3 t o Y 808,2 mm Mômen tĩnh tới đáy dầm S o 5,27E+08 S o 9.26E+08 mm 3 Ngô Thị Thanh Hoa CÇu - §êng bé B K46 10 [...]... ct tớnh toỏn 1.00 - V ng nh hng ti 3 mt ct: ĐAH lực cắt tại mặt cắt gối 6.23 -0.25 0.75 ĐAH mômen tại mặt cắt gối ĐAH lực cắt tại mặt cắt L/4 -0.50 8.30 -0.50 ĐAH mômen tại mặt cắt L/4 ĐAH mômen tại mặt cắt L/2 ĐAH lực cắt tại mặt cắt L/2 Hỡnh 9: ng nh hng ni lc ti cỏc mt ct Ngụ Th Thanh Hoa K46 18 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm - Din tớch ah mụmen ti mt ct cỏch tim gi... 31.89 DWtc DCtc DWtc 5.67 3294.85 Ngụ Th Thanh Hoa K46 Ni lc tiờu chun (TTGH SD) Tng 585.91 3880.76 19 Ni lc tớnh toỏn (TTGHC1) 1.DC tc 4118.56 2 DC tc n v Tng 878.86 4997.42 kN.m Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm M2 V0 V1 V2 137.78 16.60 8.30 0.00 31.89 31.89 31.89 31.89 5.67 4393.13 5.67 529.29 5.67 264.65 5.67 0.00 Ngụ Th Thanh Hoa K46 781.21 5174.34 94.12 623.41 47.06... Trng lng di u ca bn mt cu + dm ngang + vỏn khuụn: tr tr tr tr DC 2 = qsb + q dn + q vk = 10,5 + 1,67 + 2,9 = 15,07kN / m 3.2.1.5 Trng lng di u ca lp ph mt cu Ngụ Th Thanh Hoa K46 13 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm - Cu to bn bờtụng mt cu: + Lp mui luyn: = 0,02 m + Lp phũng nc: = 0,01 m + Lp bờ tụng bo v: = 0,04 m + Lp bờ tụng asphalt: = 0,05 m + Tng chiu dy lp ph mt cu... Tng s lng dm ngang ti gi: = 2 dm + Trng lng dm ngang ti gi: b pgoi = 0,5.n g cs h dn b dn t dn = 0,5.2.25.1,32.1,45.0,2 = 9,57kN - Cu to dm ngang ti mt ct nhp: Ngụ Th Thanh Hoa K46 14 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm + Chiu cao: hdn = 1,32 m + B rng: bdn = 1,9 m + Chiu dy: tdn = 0,2 m b n nh = 3 + Tng s lng dm ngang ti gi: dm + Trng lng dm ngang ti gi: b p nh = n nh cs h... 1,45 = 12,78kN / m 2 vk => Tnh ti giai on I ca dm biờn: b DC tr = DC1 + DC b = 16,82 + 12,78 = 29,6kN / m 2 3.2.2.5 Trng lng di u ca lan can - Cu to lan can cu: Ngụ Th Thanh Hoa K46 15 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm ống tròn 120 Thép vuông 50x20mm Thép vuông 60x80mm Hỡnh 8: Cu to lan can - Trng lng di u ca lan can, tay vn cú th ly s b, qlc = 0,1kN/m - Trng lng di u ca chõn... mt cu: = 22,5 kN/m3 - Trng lng di u ca lp ph mt cu: Ta coi lp ph mt cu cú chiu dy khụng i trờn mt ct ngang cu: + B rng lp ph mt cu ca dm biờn c xỏc nh nh sau: Ngụ Th Thanh Hoa K46 16 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm b biờn = b biờn b lc = 2,1 0,5 = 1,6m mc + Trng lng di u ca lp ph mt cu biờn a h mc b mc L 22,5.0,12.1,6.34 b q mc = = = 4,32kN / m L 34 => Tnh ti giai on... + lan can Tnh ti giai on I tiờu chun Tnh ti giai on II tiờu chun Ngụ Th Thanh Hoa K46 Dm trong Dm biờn n v Kớ hiu Giỏ tr Kớ hiu Giỏ tr tr b DC1 16.82 DC1 16.82 kN/m DC2tr DWtr DCtctr DWtctr 17 15.07 5.67 31.89 5.67 DC2b DWb DCtcb DWtcb kN/m 12.78 9.11 kN/m 29.60 kN/m 9.11 kN/m Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm 3.2.3 Tớnh toỏn ni lc do tnh ti 3.2.3.1 Cỏc mt ct tớnh toỏn - V... Trng lng di u dm trong - Do mt ct dm ch cú th thay i tit din t mt ct gi n mt ct gia nhp nờn trng lng bn thõn dm ch c xỏc nh vi 3 phn Chiu di mt ct thay i nh sau: Ngụ Th Thanh Hoa K46 11 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm Hỡnh 7: Cu to mt ct thay i tit din x1 = 1000mm x2 = 600mm x3 = 1600mm - Trng lng cỏc on dm: + Trng lng on dm ti mt ct gi: pgụi = 2 c A gụi x1 - Trng lng on dm... 2.25.868567.600.109 = 26,06kN + Trng lng di u ca dm trong: p + p nh + p td 54,99 + 490,68 + 26,06 tr DC1 = goi = = 16,82kN / m L 34 3.2.1.2 Trng lng di u bn bờtụng mt cu Ngụ Th Thanh Hoa K46 12 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm Trng lng di u bn bờtụng mt cu: cs A s L cs t s b tr L 25.0,2.2,1.34 tr q sb = = = = 10,50kN / m L L 34 Trong ú: cs = 25 kN/m3 + c : Trng lng ca bn bờ tụng... y1 y3 Hỡnh 10: Tớnh h s phõn b ngang cho dm biờn - Xp ti trng bt li lờn AH phn lc gi - Tớnh h s PBN i vi xe ti v xe 2 trc thit k 1 + Cụng thc tớnh : g = yi 2 Ngụ Th Thanh Hoa K46 21 Cầu - Đờng bộ B Thiết kế môn học Cầu BTCT DƯL Bộ môn cầu Hầm + H s PBN ca xe ti thit k v xe 2 trc thit k i vi dm biờn khi xp ti trờn 1 ln : 1 g = ( 0,119 + 0,976 ) = 0,548 2 - H s PBN i vi ti trng ngi di u : ( y + y2 )