ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 52 Bản mặt cầu CHƯƠNG 21 TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU Cầu có dầm ngang, các dầm dọc được nối liền với nhau thông qua các dầm ngang. Bản mặt cầu BTCT dày 15cm. Lớp phủ mặt cầu gồm 4 lớp : - Lớp mui luyện ( tạo dốc ) dày : 1.5cm. - Lớp phòng nước dày : 2.0 cm. - Lớp Bêtông bảo vệ dày : 4.0 cm. - Lớp Bêtông Asphalt dày : 5.0 cm. I./ Kích thước bản : - Khoảng cách giữa hai dầm chính : l 1 = 1.65 m. - Khoảng cách giữa hai dầm ngang: l 2 = 6.135 m. - Chiều dày bản h b = 0.15 m. Theo N. L. POLIVANOV : Bản được coi như kê trên hai cạnh nếu suốt chiều dài bản chỉ kê trên hai sườn dọc, hoặc nếu kê xung quanh thì tỷ số hai cạnh trong mặt bằng phải lớn hơn 2. p dụng điều kiện thứ hai ta có : Tỷ số hai cạnh trong mặt bản 272.3 65.1 135.6 1 2 l l Bản làm việc theo sơ đồ bản kê hai cạnh. Bản làm việc chòu uốn với nhòp tính toán được lấy song song với cạnh ngắn của bản (trong cầu dầm giản đơn thông thường, nhòp này đo theo hướng ngang cầu). ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 53 Bản mặt cầu Thông thường với chiều dài nhòp L = 7 – 33m thường có nhòp tính toán của bản theo hướng ngang cầu và bằng khoảng trống giữa các sườn dầm chủ. SƠ ĐỒ TÍNH MOMENT BẢN KÊ HAI CẠNH KHI ĐẶT TẢI 1 BÁNH XE b1 = 0.85m b2 = 0.6m b = 1.49m a = 0.94667m a1 = 0.45m b1 = 0.45m l = 1.49m b1 = 0.45m P g H = 0.125m II./ Xác đònh nội lực : - Nhòp tính toán của bản lấy từ hai mép của thân dầm chủ l b = 165 – 16 = 149 cm. - Các trò số môment tính toán trong mặt cắt của bản được tính theo công thức tổng quát : M = 3 M d Trong đó : 3 : hệ ä số điều chỉnh, lấy theo Bảng 5 – 1, Trang 189. Giáo trình CẦU BTCT, tùy thuộc vào trò số n 1 và vò trí mặt cắt . ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 54 Bản mặt cầu M d : trò số môment đã được tính theo bản kiểu dầm giản đơn, ở mặt cắt giữa nhòp bản. Việc đưa hệ số 3 vào công thức nói trên nhằm xét đến làm việc thực tế của bản là được ngàm cứng vào sườn dầm. Hệ số n 1 đặc trưng cho tỷ số giữa độ cứng hình trụ của bản với độ cứng chống xoắn của dầm đỡ bản đó. 2 3 3 1 cm 001.0 Ix G lD n Trong đó : bảncủa trụ hìnhcứngđộ 112 2 u h E D b l b : nhòp tính toán của bản. l b = 149 cm = 1.49 m E : môđun đàn hồi của vật liệu bản bê tông. Bê tông M300 E = 315000 KG/cm 2 . E)0.435Gđúnggần(lấy bảntông bêliệuvật củacắt khi hồiđànmôđun: 12 E G = 0.15 : là hệ số poisson của Bêtông. h b : chiều dài bản. h b = 15 cm = 0.15 m KG/cm 27.472988 15.0112 15315000 63.0 3 1 2 4 1 1 D h h b I ixoắn G = 0.435 E = 0.435 315000 = 137025 KG/cm 2 . 300016.0 104.571576137025 2.137959.483375 001.0n cm104.571576992.41713560160032.695992 3 1 6.2163.0 6.21 55 20463.0 20 8.87 1663.0 16 180 3 1 3 1 4 44 xoắn I Tra bảng (5 - 1) giáo trình Cầu bê tông cốt thép ta có : Giữa dầm 3 = 0.5 Trên gối 3 = - 0.8 2.1./ Nội lực do tónh tải : + Tónh tải tiêu chuẩn do lớp phủ mặt cầu. - Lớp mui luyện ( tạo dốc ) dày 1.5Cm. 0.015 2.52 = 0.0378 T/m 2 ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 55 Bản mặt cầu - Lớp phòng nước dày 2.0Cm. 0.02 1.5 = 0.03 T/m 2 - Lớp Bêtông bảo vệ dày 4.0Cm. 0.04 2.4 = 0.096 T/m 2 - Lớp Bêtông Asphalt dày 5.0Cm. 0.05 2.3 = 0.115 T/m 2 Tổng cộng : g 1 = 0.2788 T/m 2 - Trọng lượng của bản BTCT có chiều dày 15Cm là : g 2 = 0.15x2.4 = 0.36 T/m 2 . Tónh tải tính toán toàn bộ. g t = n 1 g 1 + n 2 g 2 = 1.5 0.2788 + 1.1 0.36 = 0.8142 T/m 2 n 1 = 1.5 hệ số vượt tải lớp phủ mặt cầu n 2 = 1.1 hệ số một tải trọng lượng bản. Môment uốn do tónh tải. Tm.226.0 8 49.1814.0 8 22 lg M TT g tải tónh do cắt Lực T/m243.0 2 49.1814.0 2 lg Q TT g 2.2./ Nội lực do hoạt tải : Trường hợp 1 : - Vò trí tính toán của hoạt tải là vò trí bánh xe của ôtô H30 ở giữa bản 2 cạnh . Chiều rộng phân bố của bánh xe dọc theo nhòp tính toán của bản là : b 1 = b 2 + 2H = 60 + 2 12.5 = 85 Cm = 0.85 m Trong đó : b 2 : kích thước diện tích tựa của bánh xe có áp lực lớn nhất (bánh sau xe ôtô) b 2 = 0.6 m H : chiều dày lớp phủ mặt cầu. H = 12.5 Cm. ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 56 Bản mặt cầu - Chiều dài phân bố của tải trọng bánh xe theo hướng ngang nhòp tính toán của bản : a 1 = a 2 + 2H = 20 + 2 12.5 = 45 cm = 0.45 m - Chiều rộng làm việc của bản : ml l Haa b b 9933.0 3 2 0.94667ma m0.94667cm667.94 3 149 5.12220 3 2 2 Trong đó : a 2 : chiều dài tựa của bánh xe có áp lực lớn nhất lấy a 2 = 0.2 m l b : nhòp tính toán của bản l b = 1.49 m Trò số của tải trọng phân bố đều chọn nhòp tính toán trên 1 m rông bản là : 2 1 T/m456.7 85.09467.0 6 ba P q Trong đó : P : áp lực của bánh xe H30, P = 6T. - Tính Môment : + Mô ment uốn tiêu chuẩn q gây ra trên dải bản kiểu dầm rộng 1m. + Môment uốn tính toán lớn nhất ở mặt cắt giữa nhòp của bản rộng 1 m. Tm/m296.3687.13.14.1226.01 30 TC qh TT g TT H MnMM - Tính lực cắt : Tm/m687.1 4 85.05.049.1 85.0456.7 4 5.0 1 1 bl bqM b TC q ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 57 Bản mặt cầu SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN CHO LỰC CẮT a = 0.94667m 1.65m P H = 0.125m b1 = 0.85m 1 0.715 a1 = 0.45m ĐAH Q + Lực cắt tiêu chuẩn do q gây ra trên dải bản kiểu dầm rộng 1m x i TC H a y P Q 30 Trong đó : a x : là các giá trò trung gian của chiều rộng phân bố tính toán. T/m5317.4 94667 . 0 715.06 30 TC H Q + Lực cắt tính toán do tónh tải và hoạt tải gây nên : mTnQQQ TC H TT g TT H /491.83.14.15317.4243.01 3030 Trường hợp 2 : Khi có bánh xe XB80 đặt lên bản - Chiều rộng phân bố của bánh xích dọc theo nhòp tính toán của bản : b 1 = b 2 + 2H = 60 + 2 12.5 = 85 Cm = 0.85 m ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 58 Bản mặt cầu Trong đó : b 2 : kích thước diện tích tựa của bánh xe đo theo dọc nhòp tính toán của bản, đối với xe XB80 lấy b 2 = 0.8 m H : chiều dày lớp phủ mặt cầu. H = 12.5 Cm. - Chiều dài phân bố của tải trọng bánh xe theo hướng ngang nhòp tính toán của bản . a 1 = a 2 + 2H = 20 + 2 12.5 = 45 Cm = 0.45 m - Chiều rộng làm việc của bản m9467.0 3 49.1 45.0 3 1 b l aa - Trò số tải trọng phân bố đều dọc nhòp tính toán trên 1m bề rộng bản . 2 1 T/m427.12 85.09467.0 10 ba P q - Tính Môment : + Môment tiêu chuẩn q gây ra trên dải rộng 1m Tm/m812.2 4 85.05.049.1 85.0427.12 4 5.0 1 1 bl bqM b TC q + Môment uốn tính toán lớn nhất do hoạt tải và tónh tải gây ra . Tm/m.319.3812.21.1226.0 80 TC qh TT g TT XB MnMM - Tính lực cắt + Lực cắt tiêu chuẩn XB80 gây ra trên bản rộng 1m T/m.553.7 9467.0 715.010 80 x i TC XB a yP Q + Lực cắt tính toán do hoạt tải và tónh tải gây ra . mTQnQQ TC XB TT g TT XB /10.11553.73.11.1243.01 8080 Tổ hợp nội lực M Q TT + H30 3.296 8.491 TT + XB80 3.319 11.10 ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 59 Bản mặt cầu Khi xét đến hệ số hiệu chỉnh 3 : M TT+H30 = 0.5x3.296 = 1.648Tm/m M TT+XB80 = 0.5x3.319 = 1.6595Tm/m Lực cắt không nhân với hệ số điều chỉnh do thiên về an toàn. III./ Tính cốt thép : Chọn lớp bảo vệ a 0 = 2 Cm (bêtông của bản sử dụng M400), cốt thép chòu lực của bản là CT5 12mm. Chiều cao hiệu của bản. .4.9 2 2.1 215 2 00 Cmahh Số lượng cốt thép cần thiết. 2 0 cm195.9 4.924008.0 165950 8.0 hR M F ct a Chọn 9 12a120. Có F a = 10.18 cm 2 để bố trí cốt thép chòu lực. Cốt thép cấu tạo bố trí 10a200. IV./ Kiểm tra tiết diện theo môment : Bố trí thép ở cả hai phía do bản vừa chòu môment âm vừa chòu môment dương . - Chiều cao vùng chòu nén của bêtông. cm018.1 100240 18.102400 bR FR x u tct - Khả năng chòu lực của tiết diện : Tm2.134cmKG 213384 2 018.1 4.9100240 2 0 x hbRM u [M]= 2.134 > M max = 1.6595 đảm bảo khả năng chòu lực . V./ Kiểm tra tiết diện theo lực cắt : ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 60 Bản mặt cầu Trong bản không bố trí cốt xiên và cốt đai. Do vậy, toàn bộ lực cắt do tónh tải và hoạt tải truyền xuống bản thì do phần bê tông chòu. Điều kiện kiểm tra : 0 max hbRQ K b Trong đó : b : Chiều rộng 1m của bản. Q : Lực cắt có xèt đến hệ số vượt tải và hệ số xung kích. Q max = 8.491 T = 8491 kG. K b R : Cường độ tính toán chòu kéo dọc trục của bêtông. K b R = 11kG/cm 2 kGxxhbRVP K b 103404.910011 0 Q max = 8491 kG < 10340 kG đảm bảo điều kiện chòu cắt. VI./ Kiểm tra vết nứt : Đối với cấu kiện bê tông mác 300 có thể thay tính toán vết nứt bằng cách hạn chế trò số bán kính đặt cốt thép theo công thức 2 1700 220 r r R 2 KG/cm49.1833 2 018.1 4.918.10 165950 zF M t TC r Trong đó : z : cách trong đòn nội ngẩu lực F t : diện tích cốt thép dọc . ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 61 Bản mặt cầu cm13.189 49.1833 1700 22006.5R cm06.5 018.198 2.1 2 018.1 2100 715.281 2 2 r 0 r ii r r R r d ab dn F R Đạt yêu cầu. Bản thoả mãn điều kiện nứt. Trong đó : : hệ số xét đến đặc tính bố trí cốt thép, = 1 n 1 , n 2 , n 3 , ………là số lượng thanh thép trong phạm vi F r có đường kính tương ứng d 1 , d 2 , d 3 ……… F r : là diện tích khu vực tác dụng tương hổ được giới hạn bởi đường viền mặt cắt và trò số bán kính tác dụng tương hổ r. . ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 52 Bản mặt cầu CHƯƠNG 21 TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU Cầu có dầm ngang, các dầm dọc được. bản (trong cầu dầm giản đơn thông thường, nhòp này đo theo hướng ngang cầu) . ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 53 Bản mặt cầu Thông thường. 189. Giáo trình CẦU BTCT, tùy thuộc vào trò số n 1 và vò trí mặt cắt . ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CẦU BÀ LỚN GVHD : ThS.NGÔ CHÂU PHƯƠNG SVTH : NGUYỄN VĂN NHẪN. Lớp 99XC1 54 Bản mặt cầu M d : trò số