đồ án tốt nghiệp xây dựng cầu đường thiết kế kết cấu nhịp

- Sơ đồ tính bản dầm giữa là sơ đồ dầm liên tục nhưng để đơn giản trong tính toán ta sẽ với sơ đồ dầm giản đơn sau đó kết quả nội lực sẽ được nhân với hệ số điều chỉnh cho sơ đồ liên tục

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP

I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP

I.1 - SỐ LIỆU TỔNG QUÁT

Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05 : “Tiêu chuẩn thiết kế cầu”

I.2.1 - Vật liệu lan can, lề bộ hành, bản mặt cầu, dầm ngang

- Bê tông:

' 30

c

f  MPa và E c 0.043*1.5c * f c' 0.043* 2500 * 30 29440 (1.5  MPa)

- Cốt thép AIII có f y 365MPa và E200000MPa

- Thép đai dầm ngang: Thép AII f y 280MPa và E200000MPa

- Thép thanh, cột lan can là thép CT4 có cường độ chịu kéo Fy = 240 MPa

I.2.2 - Vật liệu thiết kế dầm chủ

- Cốt thép dự ứng lực loại đường kính tao 15,7 mm, tao 7 sợi, có độ chùng nhão thấp, ứng suất kéo đứt là f pu 1860MPa và môđun đàn hồi E p197000MPa; diện tích một tao là

150 mm2

II - THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH

II.1 - BỐ TRÍ CHUNG

Chi tiết lan can – lề bộ hành.

II.2 - THIẾT KẾ LAN CAN

II.2.1 - Thiết kế thanh lan can

II.2.1.1 - Sơ đồ tính – tải trọng

Để đơn giản, sơ đổ tính cho mỗi nhịp thanh lan can là sơ đồ dầm giản đơn

Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai cột lan can liền kề L = 2060 mm

Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên thanh lan can.

Tải trọng tác dụng lên thanh lan can, bao gồm:

● Trọng lượng bản thân lan can trên 1 mm chiều dài:

5 (70 62 )7,85*10 *3,14

4



→ DC = 0,065 N/mm

● Hoạt tải thiết kế:

Tải phân bố trên chiều dài thanh lan can W = 0,37 N/mm và tải tập trung P = 890 N theo Điều 13.8.2

II.2.1.2 - Nội lực trong thanh lan can

● Mômen do tải trọng bản thân gây ra tại mặt cắt chính giữa nhịp:

● Tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn cường độ:

Mômen tại mặt cắt chính giữa nhịp trong trạng thái giới hạn cường độ là:

Hệ số điều chỉnh tải trọng  D*I*R  theo các Điều 1.3.2.1 ; 1.3.3 ; 1.3.4 và 1.3.5.1

Hệ số tải trọng với hoạt tải là  L 1, 75; hệ số tải trọng cho tĩnh tải  L 1, 25 theo Điều 3.4.1,Bảng 3.4.1-1 và 3.4.1-2

→ M  [1, 25*32500 1, 75*(185000+445000)] 2[1,75*(185000+445000)]2

→ M = 1.588.156 (Nmm)

II.2.1.3 - Khả năng chịu lực của lan can

● Mômen quán tính của tiết diện:

620,05 (1 ) 0,05*70 (1 ) 461683 ( )

II.2.1.4 - Kiểm toán

Công thức kiểm toán trạng thái giới hạn cường độ : .M n M

Hệ số sức kháng   đối với uốn theo Điều 6.5.4.2.1

→ 1*3165828 (Nmm) ≥ 1588156 (Nmm) → Đảm bảo chịu lực.

II.2.2 - Thiết kế cột lan can ở THGH cường độ

II.2.2.1 - Sơ đồ tính – tải trọng

Bỏ qua lực thẳng đứng tác dụng vào cột lan can.Lấy cột lan can ở giữa cầu để tính Tải trọng tác dụng lên cột chỉ chỉ bao gồm các lực theo phương ngang cầu tại các vị trí liên kết thanh lan can, bao gồm:

● Hoạt tải phân bố W = 0,37 N/mm trên 2 nửa nhịp thanh lan can đường truyền về cột thành lực tập chung P’ = W*L = 0,37*2060 = 740 (N)

● Hoạt tại tập trung P = 890 N trên thanh lan can nay được di chuyển vị đặt ngay vị trí giao với cột

→ Vậy tổng hợp lực tác dụng lên cột theo phương ngang cầu tại mỗi vị trí giao với thanh lan can là :

F = P + P’ = 740 + 890 → F = 1360 (N)

Sơ đồ tính và các kích thước hình học của cột dưới đây:

Sơ đồ tính cột lan can.

II.2.2.2 - Nội lực trong cột lan can

Mômen tại mặt cắt B-B :

(Hệ số tải trọng với hoạt tải là LL 1,75)

II.2.2.3 - Khả năng chịu lực của cột lan can

Sơ đồ tính cột lan can là dầm congxol (khi bỏ qua lực thẳng đứng dọc trục)

Mômen quán tính của tiết diện cột lan can tại mặt cắt B-B được sử dụng AutoCad 2007 tính được kết quả là:

Area: 19203,1820 Perimeter: 1959,9849 Bounding box: X: 0,0000 400,0000 Y: 0,0000 300,0000 Centroid: X: 199,9702 Y: 149,6748 Moments of inertia: X: 520465345,0568 Y: 1279361273,6390 Product of inertia: XY: 574740922,5494 Radii of gyration: X: 164,6301

Y: 258,1131 Principal moments and X-Y directions about centroid:

II.2.2.4 - Kiểm toán cột lan can

- Trạng thái giới hạn cường độ:

.M r LL.M B B 1*1.227.511.370 1*1, 75*2284800 3998400( N mm)

→ Thỏa!

II.3 - THIẾT KẾ LỀ BỘ HÀNH

II.3.1 - Thiết kế bản bê tông lề bộ hành

II.3.1.1 - Sơ đồ tính và tải trọng

Sơ đồ tính là dầm giản đơn, cắt 1000 mm dài theo phương dọc cầu để tính, tiết diện tính là hình chữ nhật b*h = 1000 x 100 mm, chiều dài nhịp tính toán là L = 1300 mm

Sơ đồ tính lề bộ hành

Tải trọng tác dụng gồm tĩnh tải bản thân (DC), hoạt tải người (PL)

52,5*10 *1000*100 2,5( / )

II.3.1.2 - Tính toán nội lực

Mô men trạng thái giới hạn cường độ:

1,1

0,02 0, 42 0,84*70

300,03* * * 0,03*1000*100* 247

365

c s

II.3.1.4 - Kiểm tra nứt

- Vậy điều kiện về nứt thỏa mãn

II.3.2 - Thiết kế bó vỉa ở TTGH đặc biệt

II.3.2.1 - Sơ đồ tính và tải trọng

- Tính bó vỉa lề bộ hành trong THGH đặc biệt, với cấp ngăn chặn L3

- Lực thiết kế lan can lấy theo A.13.7.3.3:

Phương tác dụng Lực (KN) Chiều dài lực tác dụng

II.3.2.2 - Khả năng chịu lực

- Đối với các va xô trong một phần đoạn tường:

2

.2

.2

- Do không có tường đỉnh nên Mb = 0, các ký hiệu sử dụng thống nhất như A.13.7.3.4

II.3.2.2.1- - Xác định khả năng chịu mômen của tường trên một đơn vị chiều dài đối với trục ngang (M c )

Tiết diện tính toán bxh = 1x200 (mm), tính theo tiết diện đặt cốt đơn,cốt thép bố trí là:

2

23,14*14

0,7693 ( )4*200

( với f c' 30MPa28MPa)

Chọn ds = 150 mm

1

11,01

0,09 0, 42 0,84*150

1,1304 ( )4*300

II.3.2.3 - Kiểm toán

- Công thức kiểm toán: Rw F t (A.13.7.3.3)

→ 319191 N 240000 N

→ Thỏa !

III - THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

III.1 - SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

- Bê tông bản mặt cầu: C30 có fc’ = 30 MPa và Ec = 29440 MPa

- Cốt thép AIII có Fy = 365 MPa

- Chiều dày bản mặt cầu ts = 200 mm

III.2 - TÍNH BẢN CONGXOL

III.2.1 - Sơ đồ tính

- Sơ đồ tính bản congxol là sơ đồ dầm congxol có nhịp tính toán là L = 600 mm

- Cắt 1000 mm dài theo phương dọc cầu để tính toán Tiết diện tính toán là hình chữ nhật có kích thước là b x h = 1000 x 200 (mm)

Sơ đồ tính bản congxol và tải trọng.

III.2.2 - Xác định tải trọng

- Tĩnh tải bản mặt cầu phân bố đều:

52,5*10 *1000* 200 5( / )

- Sơ đồ tính bản dầm giữa là sơ đồ dầm liên tục nhưng để đơn giản trong tính toán ta sẽ với

sơ đồ dầm giản đơn sau đó kết quả nội lực sẽ được nhân với hệ số điều chỉnh cho sơ đồ liên tục Nhịp tính toán là L = 1400 mm

- Cắt 1000 m dài theo phương dọc cầu để tính toán Tiết diện tính toán là hình chữ nhật có kích thước là b x h = 1000 x 200 (mm)

Sơ đồ tính bản dầm giữa.

III.3.2 - Xác định tải trọng

- Tĩnh tải lớp phủ:

52,3*10 *1000*100 2,3( / )

- Tĩnh tải bản thân bản mặt cầu:

52,5*10 *1000* 200 5( / )

III.3.3 - Tổ hợp và tính toán nội lực

- Mô men dương tại giữa nhịp ở TTGH cường độ, có xét đến hệ số điều chỉnh ½ cho sơ đồ liên tục:

III.4 - THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU

III.4.1 - Thiết kế cốt thép chịu mômen âm

- Mô men thiết kế thép: M goi u 23.103.330( N mm), tiết diện thiết kế là bxh = 1000x200 (mm)

20,85* * * 0,85*30*6,9*1000

482( )365

300,03* * * 0,03*1000*100* 247

365

c s

Bố trí thép chịu mô men âm trong bản mặt cầu

III.4.2 - Thiết kế cốt thép chịu mômen dương

- Mô men thiết kế thép: M1/ 2u 17.978.398( N mm), tiết diện thiết kế là bxh = 1000x200 (mm)

370( )365

300,03* * * 0,03*1000*100* 247

365

c s

Bố trí thép chịu mô men dương trong bản mặt cầu III.5 - KIỂM TRA NỨT

III.5.1 - Kiểm tra nứt với mômen âm

-Mô men kiểm tra nứt: M goi n 13.563.523( N mm), tiết diện như khi thiết kế cốt thép

III.5.2 - Kiểm tra nứt với mômen dương

- Mô men kiểm tra nứt: M1/ 2n 10.531.670( N mm), tiết diện như khi thiết kế cốt thép

IV.1 - SỐ LIỆU THIẾT KẾ

+ Chiều cao dầm ngang (bao gồm cả phần bản mặt cầu): h = 800 mm

IV.2 - TÍNH TOÁN NỘI LỰC

IV.2.1 - Sơ đồ tính

Sơ đồ tính dầm ngang.

+ Sơ đồ tính toán dầm ngang là sơ đồ liên tục Để đơn giản hóa trong tính toán ta tính gần đúng với sơ đồ giản đơn được mômen tại giữa nhịp rồi nhân hệ số điều chỉnh 0,7 cho mặt cắt tại gối hoặc 0.5 cho mặt cắt giữa nhịp trên sơ đồ liên tục

IV.2.2 - Xác định nội lực do tĩnh tải

   

2

2 2

w+DC

w w w+DC

IV.2.3 - Xác định nội lực do hoạt tải

IV.2.3.1 - Đường ảnh hưởng áp lực dầm ngang theo phương dọc cầu

+ Hoạt tải tác dụng lên dầm ngang gồm tải xe và tải làn

+ Khi xe chạy trên cầu, tải trọng truyền vào dầm ngang thông qua bản mặt cầu Ta vẽ đường ảnh hưởng áp lực lên dầm ngang theo phương dọc cầu để quy đổi lực tác dụng do xe chạy dọc cầu tác dụng lên dầm ngang

Đường ảnh hưởng áp lực tác dụng lên dầm ngang

và sơ đồ xếp tải tính dầm ngang

+ Tung độ đường ảnh hưởng tại vị trí giữa nhịp:

IV.2.3.2 - Tổ hợp xe hai trục và tải làn

+ Lực tác dụng do tải trọng xe hai trục lên dầm ngang đặt tại giữa nhịp:

+ Lực tác dụng phân bố do tải làn tác dụng lên dầm ngang:

1/ 2

w u

 

2 1/ 2

1/ 2

w s

IV.4.1 - Thiết kế cốt thép chịu mômen âm

+ Mô men thiết kế thép: M goi u 157.797.059( N mm)

+ Tiết diện thiết kế là bxh = 400x800 (mm)

995( )365

c s

300,03* * * 0,03*400*800* 789

365

c s

IV.4.2 - Thiết kế cốt thép chịu mômen dương

- Mô men thiết kế thép: M1/ 2u 112.712.194 ( N mm)

- Tiết diện thiết kế là bxh = 400x800 (mm)

497 ( )365

300,03* * * 0,03*400*800* 789

365

c s

Bố trí thép chịu mô men dương cho dầm ngang

IV.5 - KIỂM TOÁN NỨT

IV.5.1 - Kiểm tra nứt với mômen âm

-Mô men kiểm tra nứt: M goi n 91.081.431 ( N mm)

, tiết diện như khi thiết kế cốt thép

- Công thức kiểm toán: 3

→ Vậy điều kiện về nứt thỏa mãn

IV.5.2 - Kiểm tra nứt với mômen dương

- Mô men kiểm tra nứt: M1/ 2n 65.058.165( N mm)

- Tiết diện như khi thiết kế cốt thép bxh = 400x800 mm

20000*50

sa

- Với bê tông cốt thép thường sơ đồ sơ đồ ứng suất kiểm tra với sơ đồ đàn hồi nứt, chiều cao vùng nén:

→ Vậy điều kiện về nứt thỏa mãn

IV.6 - THIẾT KẾ CỐT ĐAI

IV.6.1 - Mômen và lực cắt thiết kế

+ Lực cắt tại gối trong TTGHCĐ:

s y c

v

A f a

c

v

IV.6.4 - Giả sử góc nứt và tính biến dạng dọc trục tại trọng tâm cốt thép chịu kéo

+ Giả sử ban đầu góc nứt  39o

+ Diện tích cốt thép dọc tại gối là A s 1519mm2

x

s s

M

V d

x

s s

M

V d

IV.6.6 - Xác định khả năng chịu cắt của bê tông

+ Khả năng chịu cắt của bêtông:

 '

IV.6.7 - Xác định bước đai tính toán

+ Lực cắt yêu cầu thép đai phải chịu là:

 

428530

184035 2444950,9

2 V

IV.6.8 - Xác định bước đai theo cấu tạo

+ Bước đai theo cấu tạo:

2420,083* 30 *4000,083 *

u

u V

IV.6.9 - Kiểm tra lại khả năng chịu kéo của cốt dọc

+ Kiểm tra khả năng chịu kéo của cốt thép dọc khi có lực cắt phải thỏa mãn phương trình:

o

V Vy V s

+ Cốt đai thiết kế là đai 2 nhánh, đường kính 10, bước đai 100mm, thép đai AII, tăng cốt dọc phía trên gối lên 1 thanh 22

V - TÍNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG

V.1 - HỆ SÓ PHÂN BỐ NGANG CHO DẦM GIỮA

V.1.1 - Hệ số phân bố ngang đối với mômen cho dầm giữa

+ Mặt cắt ngang điển hình của cầu thuộc loại c) Bảng A.4.6.2.2.1.1

+ Theo Bảng 4.6.2.2.2.a-1 thì ta có các điều kiện áp dụng là:

V.1.2 - Hệ số phân bố ngang cho lực cắt cho dầm giữa

+ Mặt cắt ngang điển hình của cầu thuộc loại c) Bảng A.4.6.2.2.1.1

+ Theo Bảng 4.6.2.3.a-1 của 22TCN 272-05 , Phạm vi áp dụng hệ số phân bố cho lực cắt nhưvới hệ số phân bố ngang cho mô men

+ Hệ số phân bố với lực cắt cho dầm trong khi một làn xe chất tải:

V.2 - HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG CHO DẦM BIÊN

+ Áp dụng phương pháp dầm trên gối đàn hồi

V.2.1 - Vẽ đường ảnh hưởng phản lực gối đàn hồi tại vị trí dầm biên

Đường ảnh hưởng phản lực gối tại vị trí dầm biên.

+ Hệ số độ mềm:

6 3

'

2105

2,9*10 0,0051000*200

Với E I - Môđun đàn hồi và mômen quán tính của dầm chủ c;

+ Chọn  0,005 để tra bảng Tra bảng ta được các tung độ của đường ảnh hưởng phản lực gối đàn hồi tại vị trí dầm biên là:

+ Tung độ đường ảnh hưởng tại vị trí đầu mút công xon bên trái:

dR00 - Hệ số tung độ đường ảnh hưởng tra bảng.

+ Tung độ đường ảnh hưởng tại vị trí đầu mút công xon bên phải:

Vị trí các mặt cắt tính toán.

+ Mặt cắt 0-0 tại đầu khấc của dầm, cách tim gối dầm 400 mm

+ Mặt cắt 1-1 tại vị trí thay đổi tiết diện, cách tim gối cầu 2400 mm

+ Mặt cắt 1/8 tại khoảng 1/8 nhịp tính toán, cách tim gối cầu 4375 mm

+ Mặt cắt 1/4 tại vị trí ¼ nhịp tính toán của dầm, cách tim gối cầu 8750 mm + Mặt cắt 1/2 tại giữa dầm, cách tim gối cầu 17500 mm

VI.2 - TĨNH TẢI-NỘI LỰC DO TĨNH TẢI

+ Trọng lượng lan can và lề bộ hành (chia đều cho 5 dầm chủ):

- Tổng trọng lượng thanh lan can: DC 3' 2* [0,065*3] = 0,4 N/mm 

- Tổng trọng lượng cột lan can:

VI.2.2 - Tính nội lực do tĩnh tải

+ Nội lực tại một mặt cắt có tọa độ Z do tải phân bố đều gây ra có giá trị là:

- Với L = 35000 m là nhịp tính toán của dầm

VI.2.2.1 - Nội lực do trọng lượng bản thân dầm

Nội lực do trọng lượng bản thân dầm DC1 = 13,90 N/mm

MDC1 (N.mm) 96.188.000 543.768.000 931.191.406 1.596.328.125 2.128.437.500

VI.2.2.2 - Nội lực do trọng lượng bản mặt cầu

Nội lực do trọng lượng bản mặt cầu DC2 = 10,50 N/mm

MDC2 (N.mm) 72.660.000 410.760.000 703.417.969 1.205.859.375 1.607.812.500

VI.2.2.3 - Nội lực do trọng lượng lan can, lề bộ hành

Nội lực do trọng lượng lan can, lề bộ hành DC3 = 4,26 N/mm

PL    N mm

VI.3.1 - Tính toán nội lực do hoạt tải tại mặt cắt 0-0

VI.3.1.1 - Sơ đồ xếp tải

+ Mặt cắt 0-0 tại đầu khấc của dầm, cách tim gối dầm 400 mm

Đường ảnh hường và sơ đồ xếp tải tại mặt cắt 0-0.

+ Mômen do tải trọng làn

9,3*395*35000

64.286.250 2

PL

VI.3.2 - Tính toán nội lực do hoạt tải tại mặt cắt 1-1

VI.3.2.1 - Sơ dồ xếp tải

+ Mặt cắt 1-1 tại vị trí thay đổi tiết diện, cách tim gối cầu 2400 mm

Đường ảnh hường và sơ đồ xếp tải tại mặt cắt 1-1

VI.3.3 - Tính toán nội lực do hoạt tải tại mặt cắt 1/8

VI.3.3.1 - Sơ dồ xếp tải

+ Mặt cắt 1/8 tại khoảng 1/8 nhịp tính toán, cách tim gối cầu 4375 mm

Đường ảnh hường và sơ đồ xếp tải tại mặt cắt 1/8

lan

+ Lực cắt do tải bộ hành

 

4,5*0,875*30625

1205862

PL

VI.3.4 - Tính toán nội lực do hoạt tải tại mặt cắt 1/4

VI.3.4.1 - Sơ đồ xếp tải

+ Mặt cắt 1/4 tại vị trí ¼ nhịp tính toán của dầm, cách tim gối cầu 8750 mm

Đường ảnh hường và sơ đồ xếp tải tại mặt cắt1/4.

+ Lực cắt do tải trọng làn

 

9,3*0,75*26250

915472

PL

VI.3.5 - Tính toán nội lực do hoạt tải tại mặt cắt 1/2

VI.3.5.1 - Sơ đồ xếp tải

+ Mặt cắt 1/2 tại giữa nhịp, cách tim gối dầm 17500 mm

Đường ảnh hường và sơ đồ xếp tải tại mặt cắt 1/2.

PL

VI.4 - TỔ HỢP NỘI LỰC TẠI CÁC MẶT CẮT

VI.4.1 - Tổ hợp mômen ở TTGHCĐ và TTGHSD

- Hệ số xung kích cho hoạt tải xe

mgM mgMI M 0,51 - Hệ số phân bố ngang mômen cho các dầm với tải trọng xe và làn, lấy max trong phần tính hệ số phân bố ngang

Các hệ số tải trọng đều lấy bằng 1

1IM  1 0,5 1, 25 - Hệ số xung kích cho hoạt tải xe

mgM mgMI M 0,51

- Hệ số phân bố ngang mômen cho các dầm với tải trọng xe và làn, lấy max trong phần tính hệ số phân bố ngang

mgM PL, 0,51

- Hệ số phân bố mômen do tải trọng bộ hành

+ Lập bảng tính tổ hợp cho kết quả sau:

Bảng tổng hợp mômen không hệ số tác dụng lên dầm chủ

VI.4.2 - Tổ hợp lực cắt ở TTGHCĐ

  - Hệ số tải trọng cho hoạt tải

1IM  1 0, 25 1, 25 - Hệ số xung kích cho hoạt tải xe

mgV 0,7 - Hệ số phân bố ngang lực cắt cho các dầm với tải trọng xe và tảilàn, lấy max trong phần tính hệ số phân bố ngang

mgV PL, 0,7

- Hệ số phân bố lực cắt cho dầm với tải trọng bộ hành

+ Lập bảng tính tổ hợp cho kết quả sau:

Bảng tổng hợp lực cắt không hệ số tác dụng lên dầm chủ

VII.1 - ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA TIẾT DIỆN

+ Kích thước sơ bộ của dầm được chọn theo A2.5.2.6.3 không nhỏ hơn :

+ Cốt thép dự ứng lực loại đường kính tao 15,7 mm, tao 7 sợi, có độ chùng nhão thấp, ứng suất kéo đứt là f pu 1860MPa

và môđun đàn hồi E p197000MPa

u ps

+ Bố trí cáp như hình trên, theo kinh nghiệm ta bố trí 2 mặt cắt không dính bám tại ¼ nhịp và

~ 1/8 nhịp tại các mặt cắt đã tính toán nội lực Từ các mặt cắt này ta sẽ bọc tạo ra chiều dài không dính bám của một số tao cáp cho đến dầu dầm

+ Bề rộng bản cánh có hiệu theo điều 4.6.2.6.1 của 22TCN 272-05 ta có: