ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CẦU DẦM BTCT DỰ ỨNG LỰC SUPER T

THIếT Kế sơ bộ đồ án tốt nghiệp Chơng 1: phơng án sơ bộ 1 Cầu btct dl super-t 1.1. Tổng quan cầu dầm BTCT dự ứng lực super-t 1.1.1. Lịch sử phát triển - ở Việt Nam, lần đầu tiên dầm Super-T đợc đa vào áp dụng cho phần câud dẫn của dự án cấu Mỹ Thuận là một trong các dự án cầu hiện đại nhất nớc ta. Chiều dài của dầm Super-T đợc phát triển thành L n = 40m và đặc biệt là đầu dầm làm khấc để che phần nhô của xà mũ trụ, tạo mỹ quan đẹp cho tổng thể toàn bộ công trình. Hơn nữa, phần các nhịp chính của cầu Mỹ Thuận là dạng kết cấu cầu dây xiên-dầm cứng BTCT DƯL hiện đại, khẩu độ lớn nên sự lựa chọn dầm Super-T cho phần cầu dẫn là hoàn toan hợp lý. Trong dự án cải tạo Quốc lộ 10 hiện nay đang đợc xây dựng, dầm Super-T đã đợc áp dụng cho các cầu Tân Đệ, Quý Cao 1.1.2. Ưu nhợc điểm và phạm vi áp dụng a. Ưu điểm của dầm Super-T * Kết cấu bê tông dự ứng lực Super-T thể hiện những u điểm sau: - Cải thiên điều kiện làm việc: Giảm độ võng khi chịu tải, tăng mô men kháng nứt. - Sử dụng hiệu quả vật liệu cờng độ cao. - Tăng khả năng chịu mỏi và phục hồi độ võng sau khi nứt. Dầm Super-T sử dụng phơng phá căng trớc, các cáp thép cờng độ cao đợc căng trớc khi đổ bê tông và lực căng truyền vào bê tông qua sự dính bám. b. Nhợc điểm của dầm Super-T - Phải mất thời gian thi công bệ đúc và ván khuôn thành ngoài. - Không luân chuyển đợc ván khuôn thành ngoài. c. Phạm vi áp dụng của dầm Super-T - Chiều dài nhịp L n = 36m đến 40m. 1.2. giới thiệu chung về phơng án 1.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế. - Tiêu chuẩn 22TCN272 - 05 Bộ Giao thông vận tải - Tải trọng thiết kế : HL93 , tải trọng ngời 3 KN/m 2 trần Văn Hanh Cầu đờng bộ a - k41 1 THIếT Kế sơ bộ đồ án tốt nghiệp 1.2.2. Điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu. a. Cấp thông thuyền : Sông thông thuyền cấp V - Khổ tĩnh không : H= 3,5 m - Chiều dài : B= 25 m b. Khổ cầu thiết kế Mặt cắt ngang cầu đợc thiết kế cho 2 làn xe chạy với vận tốc V=60Km/h Khổ cầu : 7+ 2x1,5 + 2x0,5=11 (m) c. Đặc điểm địa chất, thuỷ văn Điều kiện thuỷ văn ít thay đổi: - MNCN : 5.5 m - MNTT : 4.05 m - MNTN : 0.4 m Đặc điểm địa chất: - Lớp 1 : Lớp sét pha cát. - Lớp 2 : Lớp sét cát xám dẻo. - Lớp 3 : Lớp cát hạt vừa. - Lớp 4 : Lớp cát hạt vừa. - Lớp 5 : Cát pha sét có vỏ sò. - Lớp 6 : Sét cát xám vàng nửa cứng. - Lớp 7 : Cát pha lẫn sỏi sạn. 1.2.3. Sơ đồ kết cấu a. Kết cấu phần trên. Cầu gồm 4 nhịp giản đơn L n = 38,2m bằng BTCT DƯL, mặt cắt ngang gồm 5 dầm BTCT DƯL Super-T với chiều cao dầm h = 1,75 m, đặt cách nhau 2,15m. Độ dốc dọc cầu nhịp giữa là 0.0% và nhịp biên là 2% độ dốc ngang cầu 2%. Chiều dài toàn cầu L c = 168,75m b. Kết cấu phần dới. Gồm 2mố cầu là mố chữ U và đặt trên móng cọc đài thấp, cọc có kích thớc 40x40cm. Trụ gồm 3 trụ đặc thân hẹp BTCT đặt trên móng cọc, cọc có kích thớc 40x40cm trần Văn Hanh Cầu đờng bộ a - k41 2 THIÕT KÕ s¬ bé ®å ¸n tèt nghiÖp Bè trÝ chung cÇu 0% 0% 2% 2% B x H=(25x3,5)m -22.10 -22.10 -22.10 5750 100 38200 1800 38200 1800 38200 1800 38200 100 4600 168750 5 : 1 21 c?c dóng 40x40 cm,L = 20m 21 c?c dóng 40x40 cm,L = 20m 21 c?c dóng 40x40 cm,L = 20m 18 c?c dóng 40x40 cm,L = 20m 18 c ?c dón g 40x4 0 c m,L = 2 0m 2% 2% 3.30 2.30 MNTN:0.4 MNTT:4.05 -17.70 -16.70 5 : 1 5 : 1 5 : 1 5 : 1 5 : 1 5 : 1 5 : 1 mo t1 t2 t3 m4 MNCN:5.5 trÇn V¨n Hanh CÇu ®êng bé a - k41 3 1.3. Số liệu tính toán: 1.3.1. Khổ cầu : Khổ cầu: B cầu = 7 + 2x1,5+ 2x0,5 = 11 m Bề rộng phần xe chạy: B = 7 m Bề rộng phần ngời đi bộ: B lề = 2x1,5 = 3 m Bề rộng phần lan can: B lc = 2x0,5 = 1 m 1.3.2. Khổ thông thuyền: Khổ tĩnh không: H= 3,5 m Chiều dài: B= 25 m 1.3.3. Tải trọng thiết kế: HL93. Tải trọng ngời đi bộ: 300 (kG/m 2 ). 1.3.4. Các yếu tố hình học của cầu: Dạng kết cấu nhịp: Cầu dầm. Dạng mặt cắt: Super tee. Vật liệu kết cấu: BTCT dự ứng lực. Công nghệ chế tạo: Căng trớc. Cấp bê tông: 50Mpa Loại cốt thép DƯL: K15 Quy trình thiết kế: 22 TCN 272 05. Xe tải thiết kế: 1.3.5. Vật liệu thiết kế: Đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ bộ a. Bê tông dầm chủ cấp Grade 50 có các chỉ tiêu sau: + ' 45 c f MPa= + 3 24 / c kN m = + , 1,5 0,043 33914,98 c c c E f MPa = ì ì = + , 0,63 4,226 r c f f MPa= = b. Bê tông bản mặt cầu: + , 35 c f MPa= + 3 24 / c kN m = + MPafE ccc 2,29910043,0 , 5,1 =ìì= + MPaff cr 727,363,0 , == c. Cốt thép DƯL loại tao 15,2 mm có độ tự chùng thấp : + Cấp thép 270 + Mô đun đàn hồi MPaE p 197000= + Diện tích một tao : 2 7.138 mm + Cờng độ chịu kéo khi uốn . MPaf pu 1860= + Giới hạn chảy của thép MPaff pupy 16749,0 == d. Cốt thép thờng: G60 + Mô đun đàn hồi MPaE s 200000= + Giới hạn chảy của thép f y = 420MPa + f u = 620MPa 1.4. Các hệ số tính toán: 1.4.1. Hệ số tải trọng: Hệ số vợt tải hoạt tải 1, 75 = 1.4.2. Hệ số xung kích: 1+IM = 1,25 1.4.3. Hệ số làn: Số làn xe: n làn = 7/3,5 = 2 n làn =2(làn xe). Trần văn hanh Lớp Cầu đờng bộ A k41 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ bộ Hệ số làn m làn = 1, 2 1 1 2 0,85 3 0,65 3 lan lan lan lan n n n n = = = > m làn = 1 1.5. kích thớc cấu tạo dầm chủ: 1.5.1. Chiều dài tính toán của kết cấu nhịp: - Căn cứ vào hình dạng mặt cắt sông với phơng án đã sơ bộ lựa chọn và đề xuất các phơng án cầu . Chiều dài nhịp: L = 38,2 (m). Tổng chiều dài toàn dầm là 38,2 (m), để hai đầu dầm mỗi bên 0,35 (m) để kê gối Chiều dài nhịp tính toán: L tt = L 2x0,35 m = 38,2- 2x0,35 =37,5 m Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 37,5 m 1.5.2. Lựa chọn số dầm chủ: - Trờng hợp nhiều dầm thì chiều cao dầm thấp, nội lực giảm , do đó giảm chiều dài cầu và chiều cao đất đắp đầu cầu, giảm chi phí xây dung công trinh, nhng lại tăng chi phí vật liệu cũng nh chi phí thi công kết cấu nhịp. - Trờng hợp ít dầm thì chiều cao dầm tăng do đó tăng chiều dài cầu và chiều cao đất đắp đầu cầu. Nội lực dầm chủ tăng lên dẫn đến tăng chi phí xây dung công trình. Bề rộng toàn cầu B= 2x3,5+2x1,5+2x0,5 =11,0 m. - Số lợng dầm chủ: N b =5 Trong quá trình thi công, kết hợp với thay đổi chiều cao đá kê gối để tạo dốc ngang thoát nớc độ dốc ngang là : 2% - Lớp phủ mặt cầu gồm có 2 lớp: lớp phòng nớc có chiều dày 0,4cm, lớp bêtông Asphan trên cùng có chiều dày 5cm. Khoảng cách giữa các dầm chủ S= 2150 mm Lề ngời đi cùng mức với mặt cầu phần xe chạy và đợc ngăn bằng vạch sơn rộng0,2m. Bố trí dầm ngang tại các vị trí : Đầu dầm N n = (N b -1) x 2 = 8/nhịp Phần cánh hẫng: ( 1) 2 150 11000 (5 1) 2150 2 150 1050 2 2 o b e B N S mm d ì ì ì = = = Chiều dày bình quân của bản: t s = 20 cm Lớp bê tông atphan dày: t 1 = 5 cm Lớp phòng nớc : t 2 = 0,4 cm Trần văn hanh Lớp Cầu đờng bộ A k41 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ bộ 500 3500 3500 500 11000 2465 600 1/2 Mặt cắt gối 1/2 Mặt cắt giữa nhịp Mặt cắt ngang cầu 1500 1500 Lớp bê tông nhựa dày 5cm Lớp phòng n{ớc dày 0,4cm 2% 2% Bản mặt cầu thay đổi 17- 23cm 1050 4X2150 = 8600 1200 Vạch sơn 10cm Vạch sơn 10cm 150 1.5.3. Cấu tạo dầm chủ: Dầm chủ là dầm super- T bằng bê tông DƯL căng trớc. Dầm gồm 2 phần: phần đầu và phần giữa dầm. Tại vị trí đầu dầm đợc cắt khấc để kê lên gối. Chi tiết nh hình vẽ: - Tại vị trí giữa dầm: + Chiều cao dầm là: 1750mm . + Chiều rộng bản cánh trên là: 2100mm. + Chiều rộng đáy dầm: 700mm. - Tại vị trí đầu dầm : + Chiều cao dầm: 800mm. + Chiều rộng bản cánh trên: 2100mm. + Chiều rộng đáy dầm: 890mm. Các kích th ớc chi tiết mặt cắt đ ợc thể hiện nh hình vẽ: Trần văn hanh Lớp Cầu đờng bộ A k41 7 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ bộ 600 40 820 40 600 30 30 590 432 210 50 300 75 75 1750 2100/2 = 1050 700 2100/2 = 1050 1 10 1 10 Vát 20x20 100 1020 100 75 75 800 1 10 1 10 890 Vát 20x20 Phần không cắt cánh chỉ có ở dầm biên 110 110 2100/2 = 1050 Mặt cắt ngang giữa dầm Mặt cắt mgang tại gối 1.5.4. Cấu tạo dầm ngang: Dầm ngang đợc bố trí tại vị trí 2 gối của dầm. Chiều dày của dầm ngang : t dn = 750 mm. Chi tiết mặt cắt ngang của dầm ngang nh hình vẽ : Diện tích của dầm ngang : A dn = 0,671. m 2 1.5.5. Bố trí vách ngăn : Mỗi dầm bố trí 2 vách ngăn. + Diện tích của vách ngăn : A vn = 1,032 m 2 . + Chiều dày vách ngăn : t vn = 150 mm 1.6. Xác định tĩnh tải dầm chủ: 1.6.1. Tĩnh tải giai đoạn 1. a. Dầm dọc chủ: - Quy đổi mặt cắt dầm: Để thuận tiện cho quá trình tính toán thì ta phải quy đổi từ mặt cắt dầm super-T theo nh cấu tạo về dạng mặt cắt chữ T với các kích thớc quy đổi xác định nh sau - Xét đoạn cắt khấc: 725 75 800 2100 75 800 890 2100 75 100 972 Diện tích tiết diện : A 0 = 0,861851 m 2 . Tỷ trọng bê tông: 3 24 / c kN m = Trần văn hanh Lớp Cầu đờng bộ A k41 8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ bộ Trọng lợng của đoạn dầm: DC d0 = (0,85 x 0,861851 x 2400 x 2)/37,5 = 0,937 kN/m. - Xét đoạn dầm đặc: 75 75 1750 700 872 1675 75 1750 21002100 Diện tích tiết diện : A 1 = 1,6175 m 2 . Tỷ trọng bê tông: 3 24 / c kN m = . Trọng lợng của đoạn dầm: DC d1 = (1,35x1,6175x2400x2)/37,5= 2,79 kN/m - Xét đoạn dầm còn lại : 2100 600 40 820 40 600 30 30 590 432 210 50 300 75 75 1750 700 110 110 100 2100 1750 220 700 571452241 Có diện tích : A= 0,6086m 2 . Tỷ trọng bê tông: 3 24 / c kN m = . Trọng lợng đoạn dầm ( ) ( 2 1,35 2 0,85 ) / 37,5 13,152 d c DC A L = ì ì ì ì = kN/m. Tĩnh tải dầm chủ coi là tải trọng dải đều trên suốt chiều dài dầm: 0 1 16,57 dc d d DC DC DC DC= + + = kN/m b. Tĩnh tải bản mặt cầu: 2 2,15 0,2 0,43 bm s s A t m b = ì = ì = Trần văn hanh Lớp Cầu đờng bộ A k41 9 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ bộ 0, 43 24 10,32 / bm bm c DC A kN m = ì = ì = c. Tĩnh tải dầm ngang: 0,671 0,75 8 24 0,51 / 5 37,5 dn dn n dn c b tt A t N DC kN m N L ì ì ì ì = ì = ì = ì ì d. Tĩnh tải vách ngăn: 2 1, 03185 0,15 2 24 0,19 / 37,5 vn vn c vn tt A t DC kN m L ì ì ì ì ì ì = = = e. Tĩnh tải ván khuôn lắp ghép: 0.9 0.03 0,64 / vk c DC kN m = ì ì = f. Tĩnh tải lan can tay vịn: Phần thép có trọng lợng: DC t = 0,15kN/m. Phần bê tông có trọng lợng: DC bt = (0.5x0.425+0.5x0.1)x24= 6,30kN/m. Tổng DC lc =DC t +DC bt = 6,45 kN/m. - Vậy tĩnh tải tiêu chuẩn GĐI: DC tc = 46,67 KN/m - Tĩnh tải tính toán: 1, 25 46,67 58,33 / tt DC x KN m= = 1.6.2. Tĩnh tải giai đoạn II (DW). Lớp bê tông atphan : t 1 = 0,05 m 3 1 22,50 /kN m = . Lớp phòng nớc :t 2 = 4.10 -3 m 3 2 18 /kN m = . + Tổng trọng lợng lớp phủ mặt cầu : DW lp = (t 1 . 1 + t 2 . 2 ).S = 2,57kN/m + Các tiện ích (cột đèn ,biển báo ) : 0,05 / ti DW kN m= . - Tĩnh tải tiêu chuẩn: DW=DW ti + DW lp = 2,62 kN/m - Tĩnh tải tính toán: 1,5 2,62 3,93 / tt DW x KN m= = 1.7. xác định hệ số phân bố ngang của hoạt tải. 1.7.1. Tính hệ số phân bố ngang do tải trọng ngời - iu kin tớnh toỏn : + Tớnh h s phõn b ngang do ti trng Ngi. + Tớnh h s phõn b ngang cho dm biờn do ti trng HL93 trong trng hp xp ti trờn mt ln. - V tung AH ỏp lc gi R 1 . Trần văn hanh Lớp Cầu đờng bộ A k41 10 [...]... m t c t đặc trng: + M t c t gối X0 + M t c t X 4=Ltt/2=37,5/2= 18,75 m 1.8.4 T nh toán nội lực a T nh ni lc do tnh ti - t nh ni lc do tnh ti thi ta tnh ti trc tip lờn AH va t nh toỏn lc theo cỏc M1tc =qtc M ; M1tt =qtt M V1tc =qtc M ; cụng thc: V1tt =qtt M Trong ú : + qtc ,qtt: Tnh ti tiờu chun v tnh ti t nh toỏn Trần văn hanh 16 Lớp Cầu đờng bộ A k41 Đồ án t t nghiệp Thi t kế sơ bộ + M1tc , M1tt... t nh toỏn Vhtt(KN) 242.07 187.04 4.4.5.Tng hp ni lc: - Ni lc sau khi t nh toỏn c s c t hp theo cỏc TTGH vi cỏc h s ti trng tng ng Tuy nhiờn õy ta ch cn thnh lp 2 t hp ti trng: Trần văn hanh 20 Lớp Cầu đờng bộ A k41 Đồ án t t nghiệp Thi t kế sơ bộ + T hp ti trng 1: Ni lc do ti trng tiờu chun t nh toỏn thit k theo TTGH s dng + T hp ti trng 2: Ni lc do ti trng t nh toỏn t nh toỏn thit k theo TTGH cng... vi mi t hp ti trng ta cn thnh lp 2 trng hp ti trng gia tnh ti v hot ti nhm t m ra trng hp ti trng bt li nht s khng ch thit k: + TH1: Tnh ti + Xe ti thit k + ti trng ln + on ngi + TH2: Tnh ti + Xe 2 trc thit k + ti trng ln + on ngi - Bng tng hp ni lc tiờu chun ( thep TTGH s dng) Ni lc M4 V0 V4 Do tnh ti TC Tnh ti Tnh 1 ti 2 8203.65 460.54 875.06 49.13 0.00 0.00 Do hot ti tiờu chun Xe 2 Xe ti trc Ln... 42 tao thép Dps=15.2mm Diên t ch thép DƯL trong dầm Aps=nc.Aps1= 42x138.7= 6796.3 mm2 1.9.2 Bố trí c t thép DƯL a T i m t c t ngang giữa dầm bố trí c t thép DƯL nh sau b Bố trí c t thép theo phơng dọc dầm Theo phơng dọc cầu bố trí c t thép DƯL kéo thẳng, để tránh xu t hiện ứng su t kéo gây n t ở thớ trên do dự ứng lực, vị trí đầu dầm ta bố trí m t số tao không dính bám và 2 tao ở thớ trên dầm - M t. .. áp lực thẳng ứng do t nh t i giai đoạn II PttII 828.381242.56 kN T ng áp lực do t nh t i và ho t tải trên KCN PKCN 3562.825514.02 kN 1.10.2.4 T nh áp lực đ t tác dụng lên mố EH = H 2 K B 2 Các công thức t nh toán áp lực đ t - Công thức t nh áp lực đ t tĩnh Trong đó : +) K = Ka (hệ số áp lực đ t chủ động ) nếu là t ng chắn công xon Trần văn hanh 35 Lớp Cầu đờng bộ A k41 Đồ án t t nghiệp Thi t kế. .. thi t kế là quan trọng Vậy hệ số điều chỉnh t i trọng = 1 ì 1 ì 1.05 = 1.05 >0.95 1.8 t nh nội lực 1.8.1 M t c t t nh toán + M t c t gối X0 + M t c t X 4=Ltt/2=37,5/2= 18,75 m 1.8.2 Xác định ho t tải HL93: a Xe t i thi t kế: b Xe hai trục thi t kế: Xe hai trục gồm m t cặp trục 110kN cách nhau 1200mm Cự ly chiều ngang của các bánh lấy bằng 1800mm c T i trọng làn: T i trọng làn thi t kế gồm t i trọng... 1.9 T nh toán và bố trí c t thép dầm chủ 1.9.1 T nh toán diện t ch c t thép DƯL Dùng loại tao t chùng thấp Dps=15.2mm Loại tao thép DƯL có độ t chùng thấp Cờng độ chịu kéo tiêu chuẩn: fpu=1860MPa Hệ số quy đổi ứng su t : 1 = 0.9 Cấp của thép: 270 Giới hạn chảy: fpy=0,9.fpu=1674Mpa ứng su t trong thép DƯL khi kích: fpj=0,75.fpu=1395MPa Trần văn hanh 21 Lớp Cầu đờng bộ A k41 Đồ án t t nghiệp Thi t kế. .. chn t nh toỏn thit k cho dm bt li l dm trong nờn tt c cỏc s liu v kt qu t nh toỏn sau ny u tng ng vi dm trong 1.7.8 Hệ số điều chỉnh t i trọng: Trần văn hanh 14 Lớp Cầu đờng bộ A k41 Đồ án t t nghiệp Thi t kế sơ bộ = D R I + D : hệ số dẻo D = 1 với các k t cấu thông thờng theo đúng tiêu chuẩn kỹ thu t + R :hệ số d thừa R = 1 đối với mức d thừa thông thờng + I :hệ số quan trọng I = 1,05 cầu thi t. .. 2 2 2 2 F 310 0 2 2 2 2 G 1690 0 2 2 2 2 T a độ các nhóm c t thép dự ứng lực t nh đến đáy dầm có đơn vị là mm T nh toạ độ trọng t m c t thép DƯL ở phần bầu dầm t i các m t c t X t tại các m t c t đặc trng Do t i m t c t gối không bố trí c t thép DƯL ở bầu dầm nên không cần phải x t Với Cps : Khoảng cách t trọng t m c t thép DƯL t i các m t c t đến đáy dầm Toạ độ(mm) X1=1.26m X2=3.0m 60 9 11 110 9... k41 Đồ án t t nghiệp Thi t kế sơ bộ +) Khối 3 715.50 Đ t đắp sau mố 3570.03 1.10.2.3 Xác định áp lực thẳng ứng t k t cấu nhịp Chiều dài dầm L=38.2 m Nhịp t nh toán Ls = 37.5 m Nguyên t c t nh toán: Xếp t i trọng xe lên đờng ảnh hởng phản lực gối để xác định hiệu ứng t i lớn nh t P ( xe) = Pi y i P (lan) = WL Trong đó: Pi: t i trọng trục (KN) Yi: tung độ đờng ảnh hởng phản lực gối WL: t i trọng . va t nh toỏn lc theo cỏc cụng thc: M 1 tc =q tc M ; M 1 tt =q tt M V 1 tc =q tc M ; V 1 tt =q tt M Trong ú : + q tc ,q tt : Tnh ti tiờu chun v tnh ti t nh toỏn Trần văn hanh Lớp. m t c t đặc trng: + M t c t gối X 0 . + M t c t X 4 =Ltt/2=37,5/2= 18,75 m. 1.8.4. T nh toán nội lực. a. T nh ni lc do tnh ti - t nh ni lc do tnh ti thi ta tnh ti trc tip lờn AH va t nh toỏn. biờn nờn ta t nh toỏn thit k cho dm trong. - So sỏnh hai trng hp l xp ti trờn 1 ln v xp ti trờn c 2 ln ta thy trng hp xp ti trờn c 2 ln bt li hn nờn ta t nh toỏn xp ti trờn c 2 ln. - Kt hp 2