Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp v tính toán mặt cầu v.1 cấu tạo mặt cầu 1.Chọn chiều dầy mặt cầu: Mô tả mặt cầu: Bản dài 13.5m, phần mút thừa dài 2.5m có sơ đồ chịu lực nh hình vẽ: 13500 9000 2000 2500 2276 250 1500 500 300 500 1500 250 2000 7276 2500 2500 Sơ đồ 2500 7276 Sơ đồ Theo giải pháp kết cấu mặt cắt ngang, dầm hộp liên tục có bề rộng B < 16m ta không cần sử dụng dự ứng lực ngang mặt cầu để tiết kiệm vật liệu đắt tiền Ta chọn chiều dầy xây dựng mặt cầu h = 300mm để chịu đợc tải trọng Lan can đợc xây dựng liền với mặt cầu mặt cầu phần hẫng đợc làm dày đủ để chịu tải trọng va ®Ëp cđa xe lan can trun xng, =250 cm hhang Cấu tạo lớp áo đờng, lan can cầu : - Tĩnh tải giai đoạn II : +Trọng lợng lớp phủ mặt cầu Bê tông át phan dày trung bình cm có trọng lợng = 2,3 T/m3 > 0,072,3 = 0,161 T/m2 Líp phòng nớc dày 1cm có = 1,5 T/m3, nhập ngo¹i > 0,01 1,5 = 0,015 T/m2 Lớp tạo dốc dày cm có = 2,4 T/m3 > 0,01 2,4= 0,024 T/m2 Tæng cộng qtcphủ = 0,2 T/m2 Bề rộng mặt cầu B=13,5m Vũ văn hng 183 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp Do ta có tĩnh tải dải lớp phủ toàn hệ mặt cầu : tc DWLP 0,2x13,5= 2,7T/m2 +Trọng lợng lan can: Cấu tạo lan can Theo tiêu chuẩn AASSHTO ta chọn cấu tạo lan can gồm phần : phần dới bê tông cốt thép, có chiều dày 50 cm, phần thép có có mặt cắt chữ nhật kích thớc 3x15x70 cm đỡ ống thép D=10cm Chiều cao toàn lan can 1,20m Ta có bảng tính trọng lợng phận lan can : Tên Hình dạng Cột thép Tay vịn Gờ đỡ 3x15x70cm 10cm hình vẽ Đơn vị Cái m m Số lợng T/l ®v (T/m3) KÝch thíc 80 240 240 8.002 8.002 2.4 0.00315 0.00785 0.19 P (T) 2.01 15.1 109.44 Trän lỵng bên lan can : Plc= 2.01+15.1+109.44 = 126.55 T Trọng lợng rải lan can nhịp : DWtcLC= 2x126.55 1.055 T/m 240 +Trọng lợng Gờ chắn bánh: 2.25.(0, 25.0, 25) 0, 25 KN/m=0,025T/m Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn II : DWTC=DWTCLP+DWtcLC =2,7+ 1,05 + 0,025=3,78T/m =37.8 KN/m DWtt=1,5x37.8 =56.7 KN/m v.2.TÝnh to¸n nội lực mặt cầu Sử dụng phơng pháp phân tích gần để thiết kế mặt BTCT cầu dầm hộp đổ chỗ đúc liền khối (Điều 4.6.2.1.6) Khi tính toán hiệu ứng lực bản, phân tích dải rộng 1m theo chiều dọc cầu Mô hình hoá sơ đồ làm việc kết cấu nh dầm liên tục, với sờn dầm hộp gối đợc giả thiết có độ cứng tuyệt đối Vũ văn hng 184 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp Các tải trọng tác dụng lên kÕt cÊu lµ : + Lan can (DW ) + Trọng lợng thân (DC ) + Trọng lợng lớp mặt đờng ( DW) + Tải trọng ngời ( PL) + T¶i träng xe ( LL) + Lùc xung kÝch (IM=25%) Tính toán hiệu ứng lực cho tải trọng thành phần gây mặt cầu, sau tổ hợp lại nh nh quy trình 22 TCN: 272- 05, gồm hai tổ hợp tải trọng nguy hiểm tổ hợp tải trọng cờng độ I tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng Sử dụng nội lực để tính toán kiểm tra tiết diện Tính toán mômen mặt cầu Theo quy trình quy định, sơ đồ làm việc tơng tự nh dầm liên tục, dầm giản đơn Nh đà không kể đến tợng ngàm với sờn dầm Do tính toán mô men cho vị trí nhịp bản, không vẽ đờng ảnh hởng cánh hẫng để tránh giảm giá trị mô men tính toán Về tính toán hiệu ứng lực mặt cầu, mặt cắt thiết kế cho mô men âm lực cắt dầm hộp bê tông đúc liền khối vị trí mặt cấu kiện đỡ Mô hình toán dầm giản đơn: 7276 Sơ đồ cánh hẫng: 2500 Sơ đồ để tính mô men nhịp , ngàm ta tiến hành tính mô men mặt cắt nhịp sơ đồ dầm giÃn dơn tơng ứng Mo suy mômen mặt cắt đà nêu theo công thức kinh nghiệm: Mgiữa thực = 0,5.Mo Mngàm thực= 0,8.Mo 2.1 Tính toán mômen lực thành phần gây a) Mômen trọng lợng mặt cầu gây tính theo chiều rộng dảI ngang 1m Vũ văn hng 185 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp Tính toán mômen theo công thøc sau: MI = WDC* L 2 MII= WDC* L Trong : Mi - Mômen tiết diện i WDC - Trọng lợng mặt cầu, WDC = 25*hbản = 25*= 7.5 KN/m2 Đợc tính trọng lợng mét dài mặt cầu chia cho chiều rộng toàn mặt cầu Khối lợng riêng bê tông lấy sơ 25KN/m3 L: chiều dài đoạn hẩng bản: Bản L= 727.6 cm=7.276 m; hÈng L= 250 cm = 2.5 m B¶ng tÝnh néi lực thân Tiết diện I II M(KNm/m) 23.44 48.28 b) Mômen sử dụng trọng lợng lan can gây Trọng lợng lan can đợc coi lực tập trung đặt cách mép cánh hẫng 0.25m, có giá trị khối lợng mét dài lan can với khối lợng riêng bê tông 2400 kg/m3 Tính toán mômen theo công thức sau: M i Pb y i Trong ®ã : Mi : Mômen tiết diện i Pb : Trọng lợng lan can, Pb = 1,05 T/m yi : khoảng cánh từ trọng tâm lan can đến mép vách Nội lực g©y lan can Pb(KN/m) Yi M(KNm/m) TiÕt diƯn 10.5 2.25 23.63 I 10.5 0 II c) M«men trọng lợng lớp phủ mặt đờng gây Tính toán mômen theo công thức sau: L M I DW I Vũ văn hng 186 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại học gtvt M II đồ án tốt nghiệp L DW II Trong ®ã : LI= 2m LII= 7.276 m Mi : Mômen tiết diện i DW : Trọng lợng lớp phủ mặt cầu, DW = 27 KN/m2 Mô men trọng lợng lớp phủ mặt cầu Tiết diện I II DW (KM/m2) 27 27 M(KNm/m) 54 178.67 d) Mômen tải trọng ngời gây Để tính hiệu ứng lực tải trọng ngời gây ta xếp tải trọng ngời lên đờng ảnh hởng đà vẽ tiết diện nh Tải trọng ngời xếp hai cho gây hiệu ứng lực bất lợi Tính toán mômen theo công thức sau: M i PLxL Trong : Mi : Mômen tiết diện i PL : Tải träng ngêi thiÕt kÕ, PL = KN/m2 Ph©n bè chiều rộng 1,5m ,Coi ngời tảI trọng tập trung PPL= 1,5x3= 4,5KN cánh mặt vách L= 2.5-0,5-0,75=1,25m Mô men gây tải trọng ngời Tiết diện I II PL ( KN ) 4,5 M(KN/m) 5.625 e) Mômen tải trọng xe tải tiêu chuẩn gây Bản mặt cầu đợc phân tích theo phơng pháp dải gần Với dải phân tích ngang có chiều dài nhịp 7276mm > 3600mm Do đợc thiết kế cho tải trọng trục 145KN tải trọng 9.3KN/m Các bánh xe trục cách 1800mm, tải trọng bánh xe 72.5KN Tải trọng thiết kế gồm tải trọng 9.3N/mm phân bố theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu đợc giả thiết phân bố theo chiều rộng 3000 mm Hiệu ứng tải trọng thiết kế không xét lùc xung kÝch Khi thiÕt kÕ vÞ trÝ ngang cđa xe đợc bố trí cho hiệu ứng lực dải phân tích đạt giá trị lớn Vị trí trọng tâm bánh xe đặt cách đá vỉa 300mm thiết kế hẩng 600mm thiết kế phận khác Vũ văn hng 187 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp Chiều rộng dải tơng đơng b(mm) bánh xe đợc lấy nh bảng 4.6.2.1.3-1 Ta có: + Đối với phần hẫng: b = 1140 + 0,833X + Đối với vị trí có mômen dơng: b = 660 + 0,55S + Đối với vị trí có mômen âm: b = 1220 + 0,25S Trong đó: X khoảng cách từ tải trọng đến điểm đặt gối tựa S khoảng cách gối Khi tính toán hiệu ứng lực, tải trọng bánh xe đợc mô hình hoá nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp chiều dài diện tÝch tiÕp xóc cđa lèp xe céng víi chiỊu dÇy mặt cầu nh đợc xác định dới nh tải trọng phân bố đặt trọng tâm lốp xe phân bố dọc theo chiều dài dải tơng đơng đợc tính nh Diện tích tiếp xúc lốp xe với mặt đờng phải đợc coi hình chữ nhật có: Chiều rộng 510mm chiều réng cđa diƯn tÝch tiÕp xóc: 510+212.5=716 mm ChiỊu dµi lµ : IM l 2, 28.10 Ps 100 (3.6.1.2.5-1) Trong đó: P: Tải trọng bánh xe, P = 72500 N IM: HÖ sè xung kÝch, IM = 25% : Hệ số tải trọng (lấy với trạng thái giới hạn cêng ®é I), = 1.75 25 l 2.28 10 1.75 72500 361.6mm 100 Chiều dài phân bố tải trọng bánh xe lên là: L1 = 361.6 + 2125 = 567.6 mm VËy diƯn tÝch tiÕp xóc cđa lốp xe 716 567.6 mm Vũ văn hng 188 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp 72.5 KN 9.3KN/m 0.8m 1.7 2.5 2.5m 1.519 1.819 1.519 72.5 KN 1.8 1.2 1.238 0.619 1.8 0.619 1.238 72.5 KN 72.5 KN 9.3KN/m 72.5 KN Sơ đồ đặt xe HL-93 lên phần mút thừa Sơ đồ đặt tải lên phần giản đơn Khi xếp xe lên đờng ảnh hởng ta xếp xe xe xe với hệ số tơng ứng 1.2 ; 0.85 cho gây hiệu ứng lực lớn Khoảng cách hai xe không đợc nhỏ 1200mm Trong đồ án ta tính hiệu ứng lực tải trọng xe đợc tính với tải trọng bánh xe lực tập trung có giá trị P/b tính 1m Mômen tải trọng bánh xe đợc tính theo công thức: M i n.(1 IM ) P. yi ql l b Trong đó: n Vũ văn hng : hệ số 189 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp P : Tải trọng bánh xe b : Chiều rộng dải tơng đơng bánh xe (mm) yi : Tung độ dờng ảnh hởng vị trí đặt bánh xe ql : Tải trọng thiết kế L : Diện tích phần đờng ảnh hởng đặt tải trọng Kết tính toán đợc lập thành bảng sau: MC n I 1.2 b m 3.039 II 4.6618 Yi Ai m2 3.125 1.7 0.619 1.519 1.519 0.619 6.618 ql KN/m2 LL KN 9.3 72.5 Mtr KNm/m -89.897 144.668 2.2 Tỉ hỵp nội lực Sau tính toán đợc mômen tải trọng thành phần gây ra, ta tiến hành tổ hợp nội lực với hệ số tải trọng đợc tra bảng 3.4.1-1 Tất tải trọng tải trọng tác dụng vào mặt cầu đợc đa vào tổ hợp Đối với mặt cầu cần tính toán kiểm tra theo hệ số sức kháng khèng chÕ bỊ réng vÕt nøt Cho nªn ta tÝnh tổ hợp cho trạng thái giới hạn cờng độ I trạng thái giới hạn sử dụng Tính toán nội lực theo công thức 1.3.2.1-1 : Mtính toán = i.i.Qi Trong : i : Hệ số tải trọng Qi : Néi lùc tÝnh i : HƯ sè ®iỊu chØnh tải trọng Kết tổ hợp đợc lập bảng: gMax gMin h I II Vũ văn hng M(wDC) M(wDW) KNm/m KNm/m 1.25 1.5 0.9 0.65 1.05 1.05 -23.44 -54 48.28 178.67 M(Pb) KNm/m 1.25 0.9 1.05 -23.63 M(PL) KNm/m 1.75 1.75 1.05 -5.625 190 Mtr MC§I KNm/m KNm/m 1.75 1.75 Max Min 1.05 -89.896656 -322.35 -256.86 144.66804 610.6 433.394 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại häc gtvt gMax gMin h I II M(wDC) M(wDW) KNm/m KNm/m 1 1 1.05 1.05 -23.44 -54 48.28 178.67 đồ án tốt nghiệp M(Pb) KNm/m 1 1.05 -23.63 M(PL) KNm/m 1 1.05 -5.625 Mtr MSD KNm/m KNm/m Max Min 1.05 -89.896656 -206.42 -206.42 144.66804 390.199 390.199 Vậy , mô men âm là: Mngàm thực= 0,8.Mo = 0,8 610.6= 488.48 KNm/m Mgi÷a thùc = 0,5.Mo = 0,5 610.6= 305.3 KNm/m Ghi chú: max hệ số tải trọng lớn Hệ số điều chỉnh tải trọng hệ số xét đến tính dẻo, tính d quan trọng khai th¸c = D.R.l - Khi tÝnh to¸n với trạng thái giới hạn cờng độ: + D = thiết kế thông thờng + R = thiết kế mặt cầu với mức d thông thờng + l = 1.05 cầu đợc thiết kế quan träng VËy = 1,05 - Khi tÝnh to¸n với trạng thái giới hạn sử dụng: + D = thiết kế thông thờng + R = thiết kế mặt cầu với mức d thông thờng + l = cầu đợc thiết kế quan träng VËy = V.3 Bè trÝ cèt thép cho mặt cầu 1.Các tiêu lý vật liệu - Bê tông Cờng độ chịu nén uốn: fC =40 Mpa Môđun đàn hồi: (5.4.2.4-1) EC 0.043.1c.5 f ' C 31975.35 Mpa Cờng độ chịu kÐo uèn, (5.4.2.6) fr 0,63 fc 3.984 MPa - Thép thờng Giới hạn chảy cốt thép thanh: f y 420MPa Môdun đàn hồi : E s 200000MPa Tính toán bố trí cốt thép 2.1 Bè trÝ cèt thÐp thêng Sư dơng cèt thÐp thêng theo ASTM A706M có đờng kính danh định 16 , diện tích là: cm2 Với hÈng sư dơng thÐp cã ®êng kÝnh 16 diƯn tích là: cm2 Từ công thức tính søc kh¸ng uèn : a M n A sfs d s 2 Ta cã diÖn tích cốt thép gần : coi Mu= Mn As= Mu f s (0.9d s ) Vũ văn hng 191 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp Giới hạn chảy cốt thép thanh: f y 420MPa = 420000KN/m2 Môdun đàn hồi : E s 200000MPa Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ : 50mm ( Bảng 5.12.3-1) Vởy ds= 300-50=250cm=2.5m Víi b¶n phÝa trong: Mu= 488.48 KNm/m 488.48 As= 420000x (0.9x 2) 6.46.10 m2 = 6.46 cm2 Số cần thiết cho 1m mặt cầu: Ns= 6.46 3.23 chän bè trÝ kho¶ng cách 200 mm/1 mặt cầu 200mm/1 phía hẫng Diện tích cốt thép phía dới cho m dài : AS = 6x2=12cm2 DiÖn tÝch cèt thÐp cho m dài phía hẫng : AS = 6x2=12cm2 300 20@20 16@15 Bè trÝ cèt thÐp cho 1m BMC 2.2 Kiểm toán mặt cắt theo trạng thái giới hạn cờng độ Từ bảng kết tổ hợp mômen ta chọn đợc cặp mômen cực trị để thiÕt kÕ: MI = -305.3 (KNm/m) MII = 488.48 (KNm/m) Căn vào điều 5.7.3.2 ta kiểm tra theo công thøc: (5.7.3.2.1-1) Mu Mn Trong ®ã : - HƯ số sức kháng, theo điều 5.5.4.2, = 1.0 cấu kiện chịu kéo uốn Sức kháng uốn danh định tiết diện mặt cắt chữ nhật : a M n A sfs d s 2 (5.7.3.2.2-1) As - DiÖn tÝch cèt thép thờng chịu kéo fy - Giới hạn chảy tối thiĨu cđa cèt thÐp thêng ds - Cù li tõ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép thờng chịu kéo a - Chiều dầy khối ứng suất tơng đơng, a = c.1 c - Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén, mm Đối với mặt cắt chữ nhật : c Asfs 0,851f 'c b w (5.7.3.1.1-4) bw - ChiỊu réng b¶n bơng, lÊy b»ng chiều rộng cánh chịu nén bw=1000 mm - Hệ số quy đổi khối ứng suất (Điều 5.7.2.2) Ta có bảng kết sau: Vũ văn hng 192 lớp cầu hầm B K44 Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp Tham số Đơn vị f'c bw ds fy As c a Mn Mn Mu KÕt luËn (Mpa) (mm) (mm) (MPa) (mm2) (mm) (mm) (KN.m) (KN.m) (KN.m) Mn Mu Mặt cắt (1) 40 0.764 1000 2500 420 1884 63 48.13 1503.43 1503.43 305.3 Đạt Mặt cắt (2) 40 0.764 1000 2500 420 1200 60 45.84 957.6 957.6 488.48 Đạt + Kiểm tra lợng cốt thép tối đa (A.5.7.3.3.1) Phải thoả mÃn điều kiện c 0.42 de ds =2500 mm ( A.5.7.3.3.1-2) c: khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục TH, c=60 mm c de = 60 2000 = 0.03 < 0,42 => Tho¶ m·n VËy mặt cắt nhịp thoả mÃn hàm lợng thép tối đa + Lợng cốt thép tối thiểu Phi tho m·n Trong 0.03 tỉ fc' fy lệ dien tich thÐp chÞu kÐo di diện tÝch nguyªn 1200 =0.006 1000 * 2000 fc' 40 0,03 =0,03*0,095=0,00285 fy 420 fc' 0,03 fy 0,03 Vậy mặt cắt thoả mÃn hàm lợng thép thiểu Cự ly tối đa cốt thép Theo Điều (A.5.10.3.2) Trong cự ly cốt thép không đợc vợt 1,5 chiều dày cấu kiện 450mm Smax 1,5x2500=3750 (mm) 2.3 Cốt thép theo phơng dọc cầu: Cốt thép theo phơng dọc cầu đợc bố trí để phân bố tảI trọng bánh xe dọc cầu đến cốt thép chịu lực theo phơng ngang cầu diện tích yêu cầu tính theo phần trăm cốt thép chịu mô men dơng cốt thép đặt vuông góc theo hớng xe chạy Số phần trăm = Vũ văn hng 3840 Sc 67% 193 líp cÇu hÇm B – K44 Trờng đại học gtvt đồ án tốt nghiệp Trong Sc chiều dài có hiệu nhịp = khoảng cánh mặt vánh dầm = 7276mm= 7.276 m Số phần trăm = 3840 Sc = 3840 6590 = 47,3% Bè trÝ As= 0,473x( d¬ng As) =0.473x12=5.676cm2 Dïng 16 As = 6x3.14x1.3 /4= 7.96 cm2 kho¶ng cánh 20cm Vũ văn hng 194 líp cÇu hÇm B – K44