Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu Hoa Lâm sử dụng dầm bê tông cốt thép dự ứng lực

KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

TP HCM, 08/2022

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1

1 Quy mô, tiêu chuẩn kỹ thuật và đặc điểm tự nhiên khu vực: 1

1.1 Tiêu chuẩn thiết kế 1

1.2 Các thông số thiết kế 1

1.3 Đặc điểm địa chất 1

1.4 Điều kiện khí tượng thủy văn: 1

2 Trình tự thi công các hạng mục chính: 2

2.1 Thi công mố, trụ cầu trên cạn 2

2.2 Thi công trụ cầu dưới nước 2

2.3 Thi công kết cấu nhịp 2

CHƯƠNG II: KẾT CẤU PHẦN TRÊN 3

1 Thiết kế sơ bộ 3

1.1 Số liệu thiết kế 3

1.2 Vật liệu 3

1.3 Thiết kế mặt cắt ngang cầu 3

2 Thiết kế lan can 4

2.1 Tính toán lan can 4

2.2 Lề bộ hành 7

3 Tính toán bản mặt cầu 8

3.1 Số liệu thiết kế 8

3.2 Xác định nội lực trong bản hẫng 8

3.3 Xác định nội lực trong bản giữa 9

3.4 Bảng tổng hợp nội lực của bản mặt cầu 11

3.6 Xác định cốt thép phân bố dọc cầu 12

3.7 Kiểm tra nứt cho bản mặt cầu 13

4 Thiết kế dầm ngang 14

4.1 Cơ sở tính toán 14

4.2 Xác định nội lực trong dầm ngang 14

4.3 Thiết kế cốt thép cho dầm ngang 15

4.4 Kiểm tra nứt cho dầm ngang 17

8.1 Kiểm toán dầm chủ tại TTGH Sử dụng 35

8.2 Kiểm toán dầm chủ tại TTGH Cường độ 41

CHƯƠNG III: KẾT CẤU PHẦN DƯỚI 44

1 Tính toán mố cầu 44

1 GENERAL VIEW OF BRIDGE A-01 1

THOÁT NƯỚC – KHE CO GIÃN

BÔ TRÍ CHUNG TRỤ CẦU

CỐT THÉP BỆ TRỤ

CỐT THÉP THÂN TRỤ, XÀ MŨ

THI CÔNG CỌC TRÊN CẠN

THI CÔNG CỌC DƯỚI NƯỚC

THI CÔNG MỐ CẦU

THI CÔNG TRỤ CẦU

THI CÔNG KẾT CẤU NHỊP

1.2 Các thông số thiết kế

Quy mô xây dựng: cầu vĩnh cửu, tuổi thọ thiết kế 100 năm

+ Vận tốc thiết kế: Vtk=60km/h + Tải trọng thiết kế: HL93 + Tĩnh không đường chui dưới cầu: H=4.75m Bán kính đường cong lồi: R=2000m

Độ dốc dọc cầu tối đa: i=4%

1.3 Đặc điểm địa chất

Địa tầng tại khu vực dự án từ trên xuống dưới phân thành các lớp sau: 1) Lớp 1: Sét mềm

2) Lớp 2: Sét cứng 3) Lớp 3: Sét chặt vừa 4) Lớp 4: Cát chặt Kết luận:

Nhìn chung địa chất khu vực có cấu trúc phức tạp Do đó cần phải có các biện pháp xử lý nền thích hợp với tải trọng công trình

Mực nước ngầm khu vực khảo sát phân bố khá nông, do đó cần có biện pháp thoát nước tốt trong quá trình thi công, đặc biệt vào mùa mưa

1.4 Điều kiện khí tượng thủy văn

1.4.1 Mưa

Khu vực xây dựng nằm trong miền có hai mùa khí hậu rõ rệt: + Mùa mưa: Từ trung tuần tháng 5 đến hết tháng 10 + Mùa nắng: Từ tháng 11 đến hết thượng tuần tháng 5 Số ngày mưa trung bình hàng năm là 154 ngày/năm

1.4.5 Nắng, tình trạng bốc hơi nước và cân bằng nước

Số giờ nắng cao nhất vào tháng (1-4) đạt mức trung bình (7.6-8.6) giờ/ngày Số giờ nắng thấp nhất vào tháng (7-10) đạt mức trung bình (5.6-5.9) giờ/ngày Tổng lượng bốc hơi trong năm là 2114mm với độ bốc hơi cao nhất vào mùa khô Độ cân bằng nước đạt mức dương (20-228) mm trong các tháng mùa mưa và thiếu nước trong mùa khô

Kết luận:

Nền đất ở khu vực có chế độ thủy nhiệt bất lợi, nhưng đối với việc thiết kế, thi công và khai thác cầu đường trong khu vực đã quen thuộc, sẽ không có khó khăn Đặc biệt nên sắp xếp thi công hợp lý, tránh kéo dài trong mùa mưa Nói chung, thời tiết, khí hậu của khu vực này không gây khó

khăn cho công tác thi công khi sắp xếp thời gian thi công hợp lý

2 TRÌNH TỰ THI CÔNG MỘT SỐ HẠNG MỤC CHÍNH 2.1 Thi công mố, trụ cầu trên cạn

• Bước 1: Thi công cọc - Thi công cọc khoan nhồi Việc thi công cọc khoan nhồi cần phải hạ ống vách φ1300

dài khoảng 8m để giữ ổn định thành miệng lỗ khoan - Kiểm tra chất lượng cọc

Lưu ý: - Truớc khi thi công cọc đại trà cần tiến hành thử cọc để kiểm tra đối chứng với tínhtoán

lý thuyết - Cần tổ chức công tác thi công cọc mố và thi công cọc sàn giảm tải một cách hợp lý để

không ảnh hưởng đến kết cấu cọc mố cầu • Bước 2: Thi công bê tông cốt thép trụ-mố cầu

- Đào đất hố móng đến cao độ thiết kế - Gia công đầu cọc

- Gia công và lắp dựng đà giáo, ván khuôn, cốt thép mố, trụ - Đổ bê tông mố, trụ

• Bước 3: Hoàn thiện - Tháo dỡ sàn đạo thi công - Tháo dỡ đà giáo, ván khuôn, chuyển các thiết bị thi công trụ khác

2.2 Thi công trụ cầu dưới nước

• Bước 1: Thi công cọc khoan nhồi chuẩn bị hệ nổi và thiết bị khoan

- Xác định vị trí trụ - Lắp dựng giàn giáo đỡ ống dẫn bê tông đến vị trí thi công - Đóng cọc định vị và hệ sàn đạo thi công cọc khoan nhồi

- Lắp dụng thiết bị khoan cọc nhồi trên xà lan 400T - Hạ ống vách φ1300 dài khoảng 12m, cao trên mực nước thi công khoảng 1.0m

- Thi công cọc khoan nhồi - Kiểm tra chất lượng cọc • Bước 2: Thi công hệ khung vây cọc ván thép và bê tông bịt đáy

- Đóng cọc định vị vành đai khung chống - Lắp dựng hệ vành đai khung chống

- Hạ cọc ván thép dài 18m bằng búa rung - Xói hút bùn trong vòng vây cọc ván thép - Lắp đặt sàn đạo thi công, các thiết bị thi công bê tông bịt đáy - Đổ bê tông bịt đáy

• Bước 3: Thi công bệ móng, thân trụ - Khi bê tông bịt đáy đạt cường độ dùng máy bơm hút nước trong vòng vây cọc ván

thép, làm khô hồ móng, - Gia công đầu cọc - Gia công và lắp dựng đà giáo, ván khuôn, cốt thép bệ trụ - Đổ bê tông phần bệ trụ

- Gia công và lắp dựng ván khuôn, cốt thép thân, mũ trụ - Đổ bê tông phần thân, mũ trụ

- Các công tác hoàn thiện

2.3 Thi công kết cấu nhịp

• Bước 1: Lao lắp dầm - Đối với nhịp 1: Dùng 1 cầu 70T đứng trên bờ đưa dầm vào vị trí thiết kế

- Dùng 1 cầu 70T đứng trên bờ và l cầu 70T đứng trên xà lan 400T ở dưới nước cùng

đưa dầm vào vị tri thiết kế

- Đối với nhịp 3: Dùng 1 cầu 70T đứng trên xà lan 400T ở dưới nước đưa dầm vào vị trí thiết kế

• Bước 2: Thi công dầm ngang, tay đỡ đường ống nước - Lắp dựng ván khuôn, cốt thép dầm ngang, tay đỡ đường ống nước - Đổ bê tông dầm ngang, tay đỡ đường ống nước

• Bước 3: Thi công bản mặt cầu - Trước khi thi công bản mặt cầu cần phải khóa các đầu dầm tại các trụ vói nhau - Lắp dựng ván khuôn, cốt thép bản mặt cầu

- Đổ bê tông bản mặt cầu (chưa đổ phần bản mặt cầu thuộc khe liên tục nhiệt) - Khi bê tông đủ cường độ, đổ bê tông bản mặt cầu thuộc phần khe liên tục nhiệt theo

thứ tự tại trụ T1,T2 ,T3 - Khi bê tông đủ cường độ, tháo dỡ các khóa tạm đầu dầm • Bước 4: Thi công lan can, lề bộ hành, lớp phủ, khe co giãn

- Lắp dựng ván khuôn, cốt thép gờ lan can, gờ chắn bánh xe - Đổ bê tông gờ lan can, gờ chắn bánh xe

- Thi công lắp đặt tấm đan BTCT lề bộ hành - Thi công khe co giãn

- Thi công lớp phủ mặt cầu - Công tác hoàn thiện

CHƯƠNG II: KẾT CẤU PHẦN TRÊN 1 THIẾT KẾ SƠ BỘ

1.1 Số liệu thiết kế

Quy trình thiết kế: TCVN 11823-2017

1.1.1 Phương dọc cầu:

Dạng kết cấu nhịp: hệ dầm giản đơn tiết diện chữ I DUL căng sau

1.1.2 Phương ngang cầu:

c = 25 MPa

y = 250 MPa • Bản mặt cầu:

c = 25 MPa

y = 420 MPa • Dầm ngang:

1.3 Thiết kế mặt cắt ngang cầu

1.3.1 Chọn số lượng dầm n, khoảng cách dầm S, chiều dài cánh hẫng Lc.

Bề rộng toàn cầu: B=15 2 1.5 2 0.25 18.5+  +  = m

Khoảng cách giữa các dầm chủ: S = 1.5 m Ta có: {B = (n − 1) S + 2Lc

- Gối 1: 200 mm - Gối 2: 200 + S x 2% = 230 mm - Gối 3: 230 + S x 2% = 260 mm

Các gối còn lại đối xứng qua tim cầu

1.3.3 Xác định kích thước dầm chủ

18𝐿 ÷ 1

22𝐿) với L là chiều dài nhịp Ở đây L=22 m, nên chọn H = (1.0 – 1.22) m = 1 m

Kích thước chi tiết dầm chủ được chọn theo hình vẽ bên dưới

175 mm

• Lớp phủ: Chọn lớp phủ gồm 2 lớp: - Lớp bê tông Asphal dày 70mm - Lớp Phòng nước dày 5mm

2 THIẾT KẾ LAN CAN 2.1 Tính toán lan can

Lan can đường người đi có chiều cao nhỏ nhất 1070 mm tính từ mặt đường người đi bộ, trong bài chọn chiều cao lan can là 1100 mm, khoảng cách giữa các cột lan can là 2000 mm

Chiều cao nhỏ nhất của lan can đường người đi không nhỏ hơn 1070mm tính từ mặt đường người đi bộ

2.1.1 Tính thanh lan can

a, Kích thước

• Chọn thanh lan can bằng thép ống: - Đường kính ngoài D = 60 mm - Đường kính trong d = 50 mm • Khoảng cách 2 cột lan can là 2000 mm

• Nội lực theo phương y: + Momen do tĩnh tải tại mặt cắt giữa nhịp:

+ ηI = 1: hệ số quan trọng

=> η = 0.95 × 1 × 1 = 0.95 + γDC = 1.25 : Hệ số tải trọng cho tĩnh tải + γLL = 1.75 : Hệ số tải trọng cho hoạt tải

=≫ M = 0.95 × √(1.25 × 34000 + 1.75 × (185000 + 222500))2+ (1.75 × (185000 + 222500))2

= 987048 N mm Do thanh lan can làm việc theo sơ đồ dầm liên tục, để đơn giản ta đưa từ sơ đồ dầm giản đơn về sơ đồ dầm liên tục bằng công thức gần đúng:

• Lực phân bố w = 0.37 N/mm ở hai bên cột truyền vào cột lan can một lực tập trung:

P` = w × L = 0.37 × 2000 = 740 N • Lực tập trung: P = 890 N

Vậy lực tập trung tác dụng vào cột là: P``= P + P` = 740 + 890 = 1630 N

Momen tác dụng tại vị trí chân cột là:

M = P`` 185 + P`` 415 = 1630 × 185 + 1630 × 415 = 978000 N mm

b, Kiểm tra khả năng chịu lực của lan can: Cột đảm bảo khả năng chịu lực khi thỏa mãn điều kiện:

ϕMn ≥ ηγLL M Trong đó:

Vậy cột thỏa mãn điều kiện chịu lực

c, Kiểm tra tỉ lệ cấu tạo chung Theo 6.10.2.1 22TCN272-05 các cấu kiện chữ I phải thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo như sau:

0.1 ≤Iyc

Iy ≤ 0.9 Trong đó:

trong mặt phẳng của bản bụng, tính như sau

Vậy thỏa yêu cầu cấu tạo chung

d, Tính toán bu lông neo • Chọn số liệu thiết kế

- Số lượng bu lông: 4 bu lông

- Bề dày bản đế: 10 mm

• Kiểm tra sức kháng cắt: - Sức kháng cắt của mỗi bu lông tinh tại vị trí có ren theo 6.13.2.7 – 22TCN 272-05 là:

Rn = 0.38AbFubNsVới Ns là số lượng mặt cắt tính toán Ns = 1

- li: khoảng cách giữa các hàng bu lông

Hoạt tải tác dụng lên lề bộ hành: PL=3 N/m Tĩnh tải tác dụng lên lề bộ hành:

1

22

DC L

2.2.2 Nội lực do hoạt tải

Trạng thái giới hạn cường độ:

0.3 1.31 1.75 0.11( )

PLu

PL LM =     =    = Tm

Trạng thái giới hạn sử dụng: MsSD =(MsDC+MsPL)=0.09 0.06+=0.15 (Tm)

2.2.4 Tính thép chịu moment dương

Moment tại giữa lề bộ hành:

12 0.15( )

SD

M = Tm ;

12 0.22 ( )

ac

0.85 0.85 30 1.242 1300

98.03( )420

cs

Thép nhỏ nên ta đặt theo cấu tạo: 12 150a

Xác định hàm lượng cốt thép trên một mét chiều dài:



'min

300.03 0.03 0.214%

420

cy

ff

min

3 TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU 3.1 Số liệu thiết kế

3.2 Xác định nội lực trong bản hẫng

3.2.1 Xác định chiều dài nhịp tính toán

Đối với nhịp hẫng thì chiều dài nhịp tính toán là chiều dài cánh hẫng tính từ đầu ngoài của BMC đến tim dầm biên

3.2.2 Tải trọng tác dụng

• Trọng lượng lan can và gờ chắn: Trọng tâm lan can không nằm ở mép của BMC nhưng để đơn giản và tăng độ an toàn ta xét trọng tâm nằm ở mép ngoài BMC Chọn 0.5 là trọng lượng phần lan can thép

DC3 = γbt× Agc + 0.5 = 0.47 × 25 + 0.5 = 12.25 kN • Trọng lượng lớp phủ phân bố trên môt mét chiều dài (bỏ qua trọng lượng lớp phòng nước, xét bề dày lớp phủ bê tông nhựa là 75 mm):

𝜂𝑅 𝜂𝐷 𝜂𝐿Trong đó:

- ηL = 1 : là hệ số tầm quan trọng của công trình Vậy: 𝜂 = 0.95 ( đối với TTGH cường độ), đối với TTGH sử dụng lấy bằng 1 • Hệ số làn xe: m = 1.2 cho trường hợp 1 làn xe chất tải, m = 1 cho trường hợp 2 làn chất tải • Hệ số xung kích: IM = 33 %

• Hệ số tải trọng:

Loại tải trọng

c, Trạng thái giới hạn sử dụng Công thức:

Ms = DC3 Lc+DW

2 (Lc− 0.5)

2+DC22 Lc

3.3 Xác định nội lực trong bản giữa

3.3.1 Xác định chiều dài nhịp tính toán

Đối với bản đúc liền khối và kê lên nhiều dầm dọc thì nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai tim dầm đỡ Với khoảng cách giữa hai tim dầm đỡ ở đây là 1500 mm

Khi có tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn lớn hơn 1.5 thì bản được xem như làm việc theo một phương kê lên hai cạnh ngắn Nếu ngược lại thì bản làm việc theo bản kê 4 cạnh

• Trọng lượng bản thân BMC:

b, Nội lực do tĩnh tải • Trạng thái giới hạn cường độ I:

3.3.4 Xét tính liên tục của bản mặt cầu

Do bản mặt cầu làm việc theo sơ đồ dầm liên tục kê lên các gối là các dầm chủ mà bên trên là lại tính toán theo sơ đồ dầm đơn giản nên cần nhân thêm các hệ số để đưa từ dầm liên tục về dầm đơn giản để tăng độ chính xác

a, Xác định bề rộng các dải bản tương đương Xác định theo bảng 4.6.2.1.3 đối với bản bê tông đúc tại chỗ:

b, Xác định momen tại gối (Momen âm) Trạng thái giới hạn cường độ I:

TTGH sử dụng (kN.m)

3.5 Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu

Thiết kế cốt thép cho giá trị nội lực lớn nhất tính được ở bảng trên, trong trường hợp này, tính

toán theo bản trong Theo TTGH cường độ I

3.5.1 Thiết kế cốt thép cho bản chịu momen dương

a, Số liệu thiết kế Thiết kế thép cho 1000mm chiều dài bản mặt cầu

= 29440 Mpa b, Thiết kế cốt thép

25 mm

Chiều cao vùng bê tông chịu nén:

2 × 18840000

Xác định hệ số β1 theo điều 5.7.2.2 22TCN 272-05, hế số β1 lấy bằng 0.85 với bê tông có

thi tỉ lệ 0.05 cho từng 7 Mpa vượt quá 28 Mpa nhưng không lấy nhỏ hơn trị số 0.65

Kiểm tra lại điều kiện cốt thép tối đa:

cds =

5.73175 = 0.03 < 0.6 Khi đó diện tích cốt thép được tính theo công thức:

Chọn 4∅12 để bố trí =≫ As = 452.39mm2

Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu Áp dụng theo 5.7.3.3.2 22TCN 272-05 đối với cấu kiện bê tông không có thép dự ứng lực thì lượng cốt thép tối thiểu quy định có thể coi là thỏa mãn nếu thỏa phương trình:

Pmin ≥ 0.03f`c

fyTrong đó:

3.5.2 Thiết kế cốt thép cho bản chịu momen âm

a, Số liệu thiết kế Thiết kế thép cho 1000mm chiều dài bản mặt cầu

Ec = 0.043 × γ1.5c × f`c = 0.043 × 25001.5 × √30

= 29440 Mpa b, Thiết kế cốt thép

25 mm

Chiều cao vùng bê tông chịu nén:

Xác định hệ số β1 theo điều 5.7.2.2 22TCN 272-05, hế số β1 lấy bằng 0.85 với bê tông có

thi tỉ lệ 0.05 cho từng 7 Mpa vượt quá 28 Mpa nhưng không lấy nhỏ hơn trị số 0.65

Kiểm tra điều kiện cốt thép tối đa:

cds =

8.06175 = 0.046 < 0.6 Khi đó diện tích cốt thép được tính theo công thức:

Pmin ≥ 0.03f`c

fyTrong đó:

Diện tích cốt thép theo phương dọc cầu là:

Chọn ∅10a200 để bố trí, vậy một mét dài theo phương ngang cầu sẽ có 4∅10 => As =

3.7 Kiểm tra nứt cho bản mặt cầu

Kiểm tra nứt cho bản mặt cầu theo momen ở TTGH sử dụng

3.7.1 Kiểm tra nứt cho momen dương

Kiểm tra theo điều kiện khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép:

βsfs − 2dcTrong đó:

- γe = 1 : là hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh

dụng

+ x : chiều dày của bê tông vùng nén sau khi nứt đươc tính theo công thức: x = n As

Vậy s = 200 < [s]: đảm bảo điều kiện nứt ở TTGH sử dụng

3.7.2 Kiểm tra nứt cho momen âm

Kiểm tra theo điều kiện khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép:

βsfs − 2dcTrong đó:

- γe = 1 : là hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh

dụng

+ x : chiều dày của bê tông vùng nén sau khi nứt đươc tính theo công thức: x = n As

4.1.1 Giả thiết tính toán

Dầm ngang chịu lực rất phức tạp Mối nối giữa dầm dọc và dầm ngang có tính ngàm chặt, tính chất này phụ thuộc vào độ cứng chống xoắn của dầm dọc Dầm ngang làm việc như một dầm 2 đầu ngàm chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng

Để đơn giản trong tính toán, ta sử dụng sơ đồ dầm đơn giản kê lên hai gối sau đó nhân thêm các hệ số để đưa về sơ đồ dầm liên tục

Để tính toán dàm ngang ta cần xác định lực từ BMC truyền xuống Khẩu độ tính toán dầm ngang là khoảng cách giữa tim hai dầm dọc

4.2 Xác định nội lực trong dầm ngang

4.2.1 Xác định nội lực do tĩnh tải

a, Tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang • Để thiên về an toàn ta giả thiết mỗi dầm ngang chịu tĩnh tải của bản mặt cầu và lớp phủ

Trọng lượng lớp phủ (bỏ qua trọng lượng lớp phòng nước, xét bề dày lớp phủ bê tông nhựa là 75 mm):

4.2.2 Xác định nội lực do hoạt tải

a, Hoạt tải tác dụng lên dầm ngang • Áp lực hoạt tải tác dụng theo phương dọc cầu: Sử dụng đường ảnh hưởng cho phản lực tại vị trí dầm ngang Hệ số phân bố tải trọng được tính theo công thức:

- Momen gây ra do xe hai trục trên một làn xe

4.2.3 Tổng hợp nội lực trong dầm ngang

a, Tổng hợp nội lực do tĩnh tải và hoạt tải • Trạng thái giới hạn cường độ I

Sơ đồ dầm giản đơn

4.3 Thiết kế cốt thép cho dầm ngang

Tính toán cho 2 tiết diện tại gối và giữa nhịp

4.3.1 Số liệu thiết kế

4.3.2 Kiểm toán cốt thép với mặt cắt giữa nhịp

a, Kiểm toán theo điều kiện momen kháng uốn Điều kiện:

trọng tâm cốt théo chịu kéo

cốt théo chịu kéo

Với: + 𝛽1: là hệ số quy đổi hình khối ứng suất theo điều 5.7.2.2, ta có:

Vậy thỏa mãn điều kiện về momen kháng uốn

b, Kiểm toán theo giới hạn cốt thép • Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa Theo 5.7.3.3.1 22TCN 272-05 hàm lượng théo dự ứng lực và không dự ứng lực phải được giới hạn sao cho

4.3.3 Kiểm toán cốt thép với mặt cắt tại ngàm

a, Kiểm toán theo điều kiện momen kháng uốn Điều kiện:

tâm cốt théo chịu kéo

cốt théo chịu kéo

Trong đó: - 𝛽1: là hệ số quy đổi hình khối ứng suất theo điều 5.7.2.2, ta có:

Vậy thỏa mãn điều kiện về momen kháng uốn

b, Kiểm toán theo giới hạn cốt thép • Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa Theo 5.7.3.3.1 22TCN 272-05 hàm lượng théo dự ứng lực và không dự ứng lực phải được giới hạn sao cho

cde ≤ 0.42

Ở đây do cốt thép đối xứng nên c = 0, điều kiện trên trở thành 0 < 0.42 => OK • Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

Đối với các cấu kiện không có thép dự ứng lực thì lượng cốt thép tối thiểu quy định ở đây có thể coi là thỏa mãn nếu:

𝑷𝒎𝒊𝒏 ≥ 𝟎 𝟎𝟑𝒇`𝒄

𝒇𝒚

Trong đó: Pmin = As

4.4 Kiểm tra nứt cho dầm ngang

Kiểm tra nứt cho bản mặt cầu theo momen ở TTGH sử dụng Bố trí hai thanh thép cách nhau 100mm ở cả thớ trên và thớ dưới

4.4.1 Kiểm tra nứt cho momen dương

Kiểm tra theo điều kiện khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép:

βsfs − 2dcTrong đó:

- γe = 1 : là hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh

dụng

+ x : chiều dày của bê tông vùng nén sau khi nứt đươc tính theo công thức: x = n As

123000 × 1

Vậy s = 100 < [s]: đảm bảo điều kiện nứt ở TTGH sử dụng

4.4.2 Kiểm tra nứt cho momen âm

Kiểm tra theo điều kiện khoảng cách tối thiểu giữa các thanh thép:

s ≤ [s] =123000γe

βsfs − 2dcTrong đó:

- γe = 1 : là hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc giữa kết cấu với môi trường xung quanh

dụng

+ x : chiều dày của bê tông vùng nén sau khi nứt đươc tính theo công thức: x = n As

5 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM CHỦ 5.1 Đặc trưng hình học

5.1.1 Xác định chiều dài có hiệu của bản cánh

• Đối với dầm trong:

2

i

b

+ 1000= 1750 mm Vậy bề rộng có hiệu của bản cánh thiết kế là b = 1750 (mm)

5.1.2 Tính toán đặc trưng hình học tại mặt cắt giữa nhịp

Tính đặc trưng hình học dầm theo 2 giai đoạn: - Giai đoạn I: Chưa liên hợp bản mặt cầu

- Giai đoạn II: Đã liên hợp bản mặt cầu

b hI

Hình 5.1 Chi tiết mặt cắt giữa dầm

Kết quả tính đặc trưng hình học tại mặt cắt giữa nhịp:

5.1.3 Tính toán đặc trưng hình học tại mặt cắt đầu dầm

Hình 5.2 Chi tiết mặt cắt đầu dầm

Kết quả tính đặc trưng hình học tại mặt cắt giữa nhịp:

Đặc trưng hình học Mặt cắt không liên hợp Mặt cắt liên hợp Đơn vị

Momen tĩnh với thớ trên

- eg: Khoảng cách từ trục trung hòa dầm đến trục trung hòa bản:

5.2.2 Hệ số phân bố ngang của moment cho dầm ngoài:

• Khi có một làn chất tải: tính theo phương pháp đòn bẩy có sơ đồ như hình vẽ Khi có một làn chất tải, hệ số làn là 1.2 nên ta có:

N1M

2500 1675

2500−

T 222Q

5.2.4 Hệ số phân phối lực cắt cho dầm biên

• Một làn chất tải: sơ đồ phân bố hoạt tải tương tự đối với moment Do có một làn xe chất tải nên hệ số làn là 1.2

N1Q

2500 1675

2500−

Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với lực cắt

6 NỘI LỰC DẦM CHỦ 6.1 Nội lực do hoạt tải

Ta sẽ tính lực cắt và moment cho dầm tại các vị trí: gối, L/2, L/4, L/8 và3 L/8 Tải trọng sử dụng là hoạt tải HL93 gồm: Xe tải 2 trục thiết kế, xe tải 3 trục thiết kế và tải trọng làn qlane = 9.3 (N/mm)

6.1.1 Lực cắt và moment tại vị trí gối

• Do tải làn:

Lang

• Do xe tải 3 trục:

3Tg

• Do xe tải 2 trục:

2Tg

21400 1200

21400−

2Tg

Hình 6.1 Sơ đồ phân bố xác định moment và lực cắt tại vị trí gối

6.1.2 Lực cắt và moment tại vị trí L/2

Hình 6.2 Sơ đồ phân bố xác định moment và lực cắt tại vị trí L/2

• Do tải trọng làn:

LanL/ 2

10700 1200

10700−

BẢNG TỔNG HỢP NỘI LỰC CÁC VỊ TRÍ TRÊN DẦM CỦA HOẠT TẢI HL93

• Tại gối dầm theo phương ngang cầu có 5 dầm ngang, theo phương dọc cầu có 2 vị trí bố

Khối lượng dầm ngang tại giữa dầm là:

6.2.5 Trọng lượng lan can

• Diện tích mặt cắt ngang phần bê tông lan can: As = 0.47 (m2) • Trọng lượng bản thân thanh lan can:

6.2.6 Nội lực tĩnh tải của dầm trong

• Giai đoạn I: DC1=DCdc+DCdn +DCbmc =5.61 0.25 7.5+ + =13.36 kN / m ()• Giai đoạn II: DW =1.6875 kN / m()

• Tại vị trí L/2:

DC1L/ 2

DC1L/ 2

DWL/ 2

DWL/ 2

• Đối với các mặt cắt còn lại, chất tải và tính toán tương tự

Hình 6.3 Sơ đồ phân bố nội lực tĩnh tải tại vị trí L/2 cho dầm trong

6.2.7 Nội lực tĩnh tải cho dầm biên

• Giai đoạn I: DC1=DCdc+DCdn +DCbmc =5.61 0.25 7.5+ + =13.36 kN / m ()• Giai đoạn II: DW =1.6875 kN / m()

Ta tiến hành sử dụng sơ đồ xếp tải tại các vị trí sao cho lực cắt và moment lớn nhất như đối với dầm trong Ta được bảng tổng hợp kết quả tính toán nội lực do tĩnh tải như dưới dây

6.3.2 Bảng nội lực hoạt tải

Bảng tổng hợp nội lực các vị trí trên dầm của hoạt tải HL93

6.3.3 Tổ hợp tải trọng cho dầm trong

- Các thông số tải trọng của hoạt tải: + Hệ số phân phối moment: Khi có một làn chất tải: mgT1M =0.347

Khi có hai làn chất tải: T 2

M

+ Hệ số phân phối lực cắt: Khi có một làn chất tải: mgT1Q =0.56 Khi có hai làn chất tải: mgT 2Q =0.60- Thông số tải trọng của người: mgpT = 0

- Hệ số xung kích: IM = 33% • Tĩnh tải: DC1 =13.36 kN / m() DC2 =DW=1.6875 N / mm()

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC CHO DẦM TRONG

M (kNm)

M (kNm)

[1.25DC1.5DW

+

V (kN)

[1.25DC1.5DW

+

TTGH SỬ DỤNG

M (kNm)

6.3.4 Tổ hợp tải trọng cho dầm biên

• Các thông số tải trọng cho hoạt tải:

- Hệ số phân phối lực cắt: Khi có một làn chất tải: mgN1Q =0.40

Khi có hai làn chất tải: mgN 2Q =0.308

;

2

Lan can: PLC =11.83 N / mm()• Ở đây nội lực do tải trọng lan can đã nhân hệ số phân bố ngang

Bảng tổng hợp nội lực cho dầm biên

BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC CHO DẦM BIÊN Nội

M (kNm)

M (kNm)

[1.25DC1.5DW

+

V (kN)

[1.25DC1.5DW

+

TTGH SỬ DỤNG

M (kNm)

7.1.1 Ứng suất cho phép trong bê tông ở trạng thái giới hạn sử dụng sau khi xảy ra các

mất mát ứng suất, các cấu kiện dự ứng lực toàn phần

a, Giới hạn ứng suất kéo (5.9.4.2.2 22TCN272-05) Với tải trọng sử dụng bao gồm cả tải trọng xe, ứng suất kéo trong các bộ phận có tao thép dự ứng lực dính bám hoặc không dính bám sẽ được khảo sát đánh giá theo tổ hợp tải trọng sử dụng III ứng suất kéo trong vùng nén trước không xuất hiện vết nứt

• Giới hạn chảy fy = 0.9ffu = 1670 MPa • Ứng suất trong DUL khi kích fpj = 0.74fpu = 1395 (MPa) • Trạng thái giới hạn sử dụng fpe = 0.8fpy = 1339 MPa

7.1.2 Tính diện tích cốt thép

• Thép dự ứng lực - Ta chọn cáp là cáp có đường kính 12.7 mm

- Diện tích 1 tao cáp A1tao = 127 mm2

• Bê tông - Cường độ chịu nén của bê tông đủ 28 ngày: f’’c = 50 Mpa - Khối lượng riêng của bê tông: γc = 2500 kg/m3

+ Với: t = 5 ngày: thời gian tính từ lúc đúc dầm đến lúc cắt cáp (truyền lực)

b, Chọn sơ bộ số lượng tao cáp

• Diện tích cáp sơ bộ đặt vào dầm:

7.2 Bố trí cáp DUL trong dầm

Lấy gốc tọa độ (0,0) tại vị trí đáy và giữa dầm Phương trình cho các bó cáp là phương trình parabol có dạng:

y =(y2− y1)163502 x2+ y1Trong đó:

- 𝑦1: là tọa độ y của tim bó cáp tại vị trí giữa dầm - 𝑦2: là tọa độ y của tim bó cáp tại vị trí neo đầu dầm Ta có bảng thống kê các giá trị y1, y2 cho từng bó cáp

Tọa độ các bó cáp tương ứng tại các vị trí:

7.3.1 Tính đặc trưng hình học tại mặt cắt giữa dầm

a, Tính đặc trưng hình học của tiết diện giai đoạn I Ở giai đoạn này dầm được bố trí ống gen nhưng chưa được luồn cáp Đặc trưng hình học của dầm tính như sau:

• Tính đặc trưng hình học của dầm đặc

• Tính đặc trưng hình học của dầm có bố trí ống gen

Khoảng cách từ TTH đến đỉnh dầm: yt1 = 1000 − 471 = 529 mm Momen quán tính đối với TTH: I1 = Io+ Ao × (yb1− ybo)2− ∑(Idi+ Ai × yi2)

b, Tính đặc trưng hình học của tiết diện giai đoạn II

Ở giai đoạn này dầm đã được căng cáp Đặc trung hình học tính như sau:

Hệ số quy đổi bê tông Bt BMC ra Bt

Khoảng cách từ TTH đến đỉnh bản: yt3 = 1000 + 200 − 793 = 407 mm Momen quán tính đối với TTH: I3 = I2+ A2 × (yb3− yb2)2+ nIdqd+ nAqdd × yd2

b, Mặt cắt L/4

Khoảng cách từ TTH đến đáy tiết

Khoảng cách từ TTH đến đáy tiết

d, Mặt cắt gối

Khoảng cách từ TTH đến đáy tiết

- x: là chiều dài bó cáp dự ứng lực tính từ đầu kích đến điểm bất kỳ đang xét

từ đầu kích gần nhất nếu thực hiện căng cả hai đầu, đến điểm đang xét (Rad) Được tính như sau: α = √αv+ αh2

Với:

Bảng giá trị αh, αv:

7.4.2 Mất mát ứng suất do biến dạng neo

Độ lớn của mất mát ứng suất có thể được tính theo công thức:

∆fpA =∆ E

LTrong đó:

- L: là chiều dài trung bình của bó cáp

Giả thiết mẫu neo biến dạng 4mm ta có bảng mất mát ứng suất như sau:

7.4.3 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi của bê tông

Theo 5.9.5.2.3b đối với các cấu kiện kéo sau, mất mát do co ngắn đàn hồi của của bê tông có thể được lấy như sau:

EpEcifcgpTrong đó:

- fcgp: là tổng ứng suất bê tông ở trọng tâm các bó thép DUL do lực dự ứng lực gây ra sau khi căng kích và từ trọng tâm của cấu kiện ở các mặt cắt momen max (Mpa), ở đây là mặt cắt L/2 Được tính theo công thức:

fcgp = − Pi

Ag−(Pie)e

MgeIgTrong đó:

bố trí ống gen, chưa căng kéo cáp - Ig = 2.497 × 1010 mm4: Momen quán tính của của riêng dầm BTCT ở giai đoạn II

Tức giai đoạn bố trí ống gen, căng kéo cáp

Mg =(Atbc − Ad) γc L2

- e = 454 − 132 = 322mm: là độ lệch tâm của nhóm bó thép DUL đối với trọng tâm của dầm BTCT ở mặt cắt giữa dầm

- Pi: là lực kéo trong cáp DUL trước khi truyền ứng suất vào trong dầm Giá trị này có thể lấy như sau:

Pi = (fpj− ∆fpA− ∆fpF)ApsTa có bảng sau:

7.4.4 Mất mát ứng suất do co ngót bê tông

Theo 5.9.5.4.2 mất mát ứng suất do co ngót của các cấu kiện kéo sau có thể lấy bằng:

Trong đó: - H=75: là độ ẩm tường đối của môi trường, lấy trung bình ở nước ta khoảng 75% Do hiện tượng co ngót xảy tra trên toàn dầm nên mất mát ứng suất do co ngót được xác định cho toàn bộ dầm Tức là khi xét mất mát ứng suất do co ngót tại các mặt cắt khác nhau thì giá trị mất mát ứng suất là như nhau

7.4.5 Mất mát ứng suất do từ biến của bê tông

Theo 5.9.5.4.3 mất mát ứng suất do từ biến có thể lấy bằng:

∆fpCR = 12 0fcgp− 7.0∆fcdp ≥ 0 Trong đó:

tính ở 7.4.3

DW trừ tải trọng tác dụng vào lúc thực hiện lực dự ứng lực Được tính théo công thức:

∆fcdp =(MDC1 − Mg)e

(MDC2 + MDW)ec

IcTrong đó:

trong giai đoạn 2

liên hợp Thế số vào ta được:

7.4.6 Mất mát ứng suất do tự chùng của cốt thép DUL

Theo 5.9.5.4.4 mất mát ứng suất do tự chùng phải được lấy bằng tổng mấy mát ứng suất do tự chùng tại 2 thời điểm: tại lúc truyền lực và sau khi truyền lực, ở đây do kết cấu sử dụng là kết cấu kéo sau, do đó mất mát ứng suất chỉ xảy ra tại giai đoạn sau khi truyền lực, tính như sau:

∆fpR = ∆fpR2 = 138 − 0.3∆fpF− 0.4∆fpES− 0.2(∆fpSR + ∆fpCR) Trong đó:

- ∆fpF: mất mát ứng suất do ma sát - ∆fpES: mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi

- ∆fpSR: mất mát ứng suất do co ngót - ∆fpCR: mất mát ứng suất do từ biến Do sử dụng thép DUL có độ tự chùng thấp nên giá trị mất mát chỉ lấy bằng 30% giá trị của ∆fpR2, bảng sau đây là kết quả sau khi đã nhân hệ số 0.3

Ta có bảng tính mất mát ứng suất do tự chùng tại các mặt cắt: Đơn vị: MPa

Ta có bảng tổng hợp phân trăm mất mát ứng suất như sau:

8.1 Kiểm toán dầm chủ tại TTGH sử dụng

8.1.1 Kiểm tra ứng suất lúc căng kích

a, Kiểm tra tại mặt cắt L/2

Điều kiện kiểm tra: • Ứng suất trong dầm được xem là đảm bảo khi thỏa mãn điều kiện sau:

- Đối với ứng suất kéo:

f ≤ 0.58√f`ci- Đối với ứng suất nén:

f ≤ 0.6f`ci

Cường độ bê tông sau 5 ngày tính theo công thức:

f`ci = tα + βtf`c =

MgStTrong đó:

- 1.75 0.2 25 222 ()

529.3758

2

2.5 10

4.6 10546

tt

I

y



MgSbTrong đó:

731

2

2.5 10

5.5 10454

bb

I

y



- Các thông số còn lại tương tự như tính toán thớ trên: Thế số vào ta được:

8.1.2 Kiểm tra ứng suất nén lúc sử dụng

a, Kiểm tra tại mặt cắt L/2 • Do tác động của ứng suất do DUL và tải trọng thường xuyên

- Điều kiện kiểm tra: Đối với ứng suất kéo:

f ≤ 0.5√f`ciĐối với ứng suất nén:

f ≤ 0.45f`ci