ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu PHẦN A : SỐ LIỆU ĐẦU VÀO SVTH : Trang [1] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu I. SỐ LIỆU THIẾT KẾ: − Chiều dài nhòp tính toán: L tt = 22.5m. − Bề rộng mặt cầu: B=7m. − Lề người đi: 2×1.2m − Chiều rộng phần thanh lan can: 2x0.2m=0.4m. → Khổ cầu: K = 7+2×1.2+2×0.2=14.3m. − Loại thiết diện dầm chính: T căng sau. − Bêtông f` c =40MPa − Tải trọng thiết kế: HL93, PL=300 kg/m 2 . − Quy trình thiết kế: 22TCN272-05 * Trình tự thi công : − Thi công đúc toàn khối dầm + BMC + căng cáp UST trên công trường, sau đó cẩu lắp lên cầu. − Lắp ván khuôn đổ mối nối ướt, gờ chắn bánh, lề bộ hành. − Lắp lan can, thi công lớp phủ, bêtông nhựa atphan. − Với dầm biên lúc đặt cốt thép phải đặt thêm thép chống trượt cho bó vỉa. II. MẶT CẮT NGANG CẦU : H2.1 Mặt cắt ngang cầu. - Số dầm chính: 7 dầm. - Khoảng cách giữa các dầm chính: d = 1850m. - Sử dụng mối nối ướt để nối các dầm theo phương dọc cầu , có bề rộng 500m. - Chiều dày bản: 20cm - Lan can, tay vòn bằng ống sắt tráng kẽm. - Ống thoát nước bằng ống nhựa PVC φ100 III. CHỌN KÍCH THƯỚC CÁC BỘ PHẬN CẦU: 1. Lan can : Thiết kế lan can dành cho người đi bộ . Lan can gồm 2 phần : SVTH : Trang [2] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu +Thanh lan can bằng thép CT3 : f y =200Mpa , dày 5mm , đường kính ngoài : D 1 =100mm +Cột lan can làm bằng thép như hình được gắn vào tường BT bởi bu lông. Khoảng cách giữa các cột :1.65m . +Gờ chắn bánh bằng BTCT. Bêtông cấp 30MPa: f` c =30 MPa Cốt thép AII , f y = 280 Mpa H 3.1 : Lan can. 2. Bản mặt cầu: Bêtông cấp 40MPa: f` c =40 MPa Cốt thép AII , f y = 280 Mpa Bề dày t s = 200mm 3. Dầm ngang: Bêtông cấp 40MPa: f ` c =40MPa Cốt thép AII , f y = 280 MPa Kích thước dầm ngang :200x750mm Khoảng cách giữa các dầm : 5.5m Số dầm ngang : 5 dầm 4. Dầm chủ: Bê tông cấp 40MPa: f ` c =40MPa Cốt thép AII , f y = 280 MPa Chiều cao dầm : d nhip 1 1 1 1 h = ÷ L = ÷ 22m 20 25 20 25             Chọn h d =1.2m Chiều cao sườn dầm : h w =1m Bề dày sườn dầm : b w =max w 1 h =66mm 15 20cm      Chọn b w =20cm SVTH : Trang [3] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu H3.1 : Kích thước hình học dầm chủ Tại vò trí đầu dầm ta phải làm đọan mở rộng dầm : Chọn khoảng cách từ tim dầm ngang cách đầu dầm là a=200mm, H=1200mm. H3.2 Đọan mở rộng đầu dầm . SVTH : Trang [4] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu PHẦN B : TÍNH TOÁN CHI TIẾT SVTH : Trang [5] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu Chương I : TÍNH LAN CAN I) THANH LAN CAN : I.1) Tính nội lực trong thanh lan can : - Hoạt tải : + Tải phân bố theo hai phương ngang và dọc có giá trò : w=0.37N/mm + 1 tải tập trung theo phương bất kỳ P=890N. Để nguy hiểm nhất ta đặt P theo phương của hợp lực M x và M y . - Tỉnh tải : +Trọng lượng bản thân thanh lan can : 2 2 2 2 9 4 1 2 3.14 . .( ). .(100 90 ).7,85.10 .10 4 4 0.117 ( / ) DC s s q S D D N mm π γ γ − = = − = − = Thanh lan can làm việc dưới dạng dầm liên tục gác lên các trụ lan can, để đơn giản ta đưa về sơ đồ dầm giản đơn sau đó ta nhân với hệ số hiệu chỉnh để đưa về dầm liên tục : SVTH : Trang [6] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu H1.1 : Sơ đồ tính thanh lan can . Momen tại mặt cắt giữa nhòp : 2 2 ( . . ). 8 1650 (0,37.1,75 0,117.1, 25). 8 270158 (N.mm) y LL DC DC L M w q γ γ = + = + = 2 2 . . 8 1650 0,37.1, 75. 8 220352 (N.mm) x LL L M w γ = = = Momen lớn nhất tại giữa nhòp : 2 2 2 2 890.1650 . 912626.998 862821.094 1, 75. 4 991095 N.mm u x y LL p M M M M γ = + + = + + = Đưa về sơ đồ dầm liên tục : - Momen dương giữa nhòp : M 0.5 = 0,5.M u =0,5.991095=495548 Nmm - Momen âm tại gối : M g = 0,7.M u = 693766 Nmm I.2 Tính sức kháng uốn của thanh lan can : Momen kháng uốn của tiết diện : 4 4 4 4 1 1 3 90 0.05.100 . 1 100 0,05. .(1 ) / 2 100 / 2 34390 mm D S D η     −    ÷   −     = = = . 230.34390=7909700 N.mm n y M f S= = I.3 Kết luận : theo đk GH cường độ . u u M M θ ≤ Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng 1 θ = Thay vào ta thấy momen tại gối và giữa nhòp đều nhỏ hơn sức khán uốn của thanh . Vậy thanh lan can vẫn làm việc an toàn . II) CỘT LAN CAN : II.1 )Tính nội lực trong cột lan can : Cột lan can làm việc dưới dạng cột chòu nén lệch tâm, chòu các tải trọng sau : + Hoạt tải : Lực tập trung do thanh lan can truyền xuống : W= . 0,37.1650 610.5w L N= = P=890 N + Tỉnh tải : Lực phân bố của TLBT cột : cot cot . s q A γ = 2 cot A = (200 20).10 + 2.10.150 = 4800 mm− SVTH : Trang [7] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu 4 cot 9 7,85.10 N 4800. 0.377 10 mm q − = = Lực tập trung do TLBT thanh lan can truyền xuống: lcan bt q = q .L = 0,117.1650 =193.05 N W W W W 300300 P P 60 H2.1 : Sơ đồ tính cột lan can . Xét độ mảnh của cột : u K.l Tinh r : Liên kết đầu ngàm đầu tự do => K=2.1 Chiều cao cột : l u =660mm Bán kính quán tính của tiết diện : cot 3 2 2 4 I r= A (200-20) .10 (150).10 I= +2 +150.10.95 12 12 =31960000 mm       Thay vào : 31960000 127 mm 4800 = =r . 2,1.600 9.88 127 ⇒ = = u K l r < 22 => Cột làm việc theo dạng cột ngắn, không cần xét đến hệ số khuếch đại nội lực . Nội lực tại mặt căt ngàm ( chân trụ) : M =1.75(W+P)(600+300)=1.75(305.25+890)(900) u =182518.750 Nmm N =1.25(2.q +q .660)+1,75.2.(P+W) u cot lcan =1.25(2.96,593+0,377.660)+1,75.2.(890+305,25) =4735,718 N SVTH : Trang [8] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu Ứng suất trên mặt cắt tại ngàm : N 4735.718 N n f = = =0.986 N 2 A 4800 mm cot M 182518,75 N f = y= .100=16.361 M 2 J 11506000 mm => US lớn nhất trong mặt cắt : 2 16,361 0,986 17,347 / M N f f f N mm= + = + = II.2 Tính khả năng chòu lực của cột lan can : Cột lan can làm bằng thép CT3 : f y = 200 Mpa. Bề dày 5 mm Gọi c C là giá trò độ mảnh 1/r tương ứng với ứng suất tới hạn đàn hồi cực đại F cr = 0,5F y 140 200 200000.2 . .2 . === ππ y c F E C > r L.K =9.88 Do đó cột ổn đònh không bò oằn. (Tham khảo sách:”Thiết kế kết cấu thép theo qui phạm Hoa Kì AISC/ASD_ GS.TS. Đoàn Đình Kiến” ng suất cho phép của cột ( ) ( ) N C rLK C rLK F C rLK F c c y c a 280 140 73,25 . 8 1 140.8 73,25.3 8 5 280. 140.2 73.25 1 /. . 8 1 .8 / 3 8 5 . .2 /. 1 3 3 2 2 3 3 2 2 = −+       − = −+         − = Kiểm tra đk bền cho thép cột lan can : . a f F θ < Với θ =1 hệ số sức khán lấy cho cột thép 17,347 280⇔ < (đúng) Vậy cột lan can vẫn làm việc bình thường . II.3 Kiểm toán sức chống nhổ của bulông: Khi P=890N đặt theo phương ngang sẽ gây lực nhổ lớn nhất trong thân bulông . SVTH : Trang [9] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu H2.2 : Lực gây nhổ trong bulông . Cân bằng momen quanh tâm quay 0 ta được lực nhổ trong bulông : cot cot (W+W+q *660)*125 *170 ( )*650 ( )*300 ( )*(650 300) (2* *660) *125 170 (305+890)*(650 300) (2*305 0.377*660)*125 170 6046 N W P W P W P W q N N N N + = + + + + + − + ⇔ = + − + ⇔ = ⇔ = Sức kháng nhổ của bulông : T n = 0,76.A s .F ub Trong đó : A s = 2 2 2 d 20 π. =π. =314mm 4 4 diện tích bulông theo đường kính danh đònh . F ub = 820 MPa cường độ chòu kéo nhỏ nhất qui đònh của bulông có d<22 Thay số : T n = 0,76.A s .F ub = 0,76.314.820=195684 N So sánh ta thấy lực kéo trong bulông do các tải trọng tác dụng N=6046 N nhỏ hơn khả năng chòu kéo của bulông T n =195684 N => bulông vẫn làm việc an toàn . III .TÍNH BÓ VỈA : Bó vỉa trong lề bộ hành là cấu kiện chòu va xe , ta thiết kế cốt thép theo TTGH đặc biệt. Bó vỉa thiết kế theo cấp lan can L3 Theo tiêu chuẩn, lực tác dụng gồm : Ngang F t =240KN phân bố trên chiều dài L t =1070mm Dọc F L =240KN phân bố trên chiều dài L L =1070mm Đứng F V =240KN phân bố trên chiều dài L V =1070mm SVTH : Trang [10] [...].. .Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu Với bó vỉa ta chỉ cần xét lực ngang Ft=240KN phân bố trên chiều dài Lt=1070mm III.1 Chọn cấu tạo hình học và cốt thép : + Vật liệu : BT cấp 30 f`c=30 Mpa Thép AII fy=280 Mpa +Kích thước :200x200 +Cốt thép : Phương dọc cầu: φ12a 200 Phương ứng : 6φ12 2 10 6Ø10 200 1 Ft 70 2 1 200 H3.1 : Cấu tạo bó vỉa 40 16 Ø12 Ø12 200 184 H3.2 : Khoảng cách từ tâm thép. .. cách từ tâm thép ứng và thép ngang đến mép BT 1) Khả năng chòu lực của cốt thép ứng (M c) : Xét 1 đơn vò chiều dài(mm) theo phương dọc cầu của bó vỉa : 16 As 1 H3.3 : mặt cắt 1-1 Diện tích cốt thép dọc trong phạm vi 1 đơn vò chiều dài : 131 = 0,565 mm 2 / mm As=A’s= 200 Các thông số khác : b=1 ; h = 200 ; ds=184 ; d’s=16 Hệ số qui đổi hình khối US : SVTH : Trang [11] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL β1... chòu kéo của cốt dọc : SVTH : Trang [33] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu Mu V  +  u − 0,5.Vs  cot ang(φ) (*) 0,9.d v  0,9  -110915250.341  415298  ⇔ 804.280 > + + 0,5.191306  cot ang(28) 0,9.653  0,9  ⇔ 184920>171940 (đúng ) Vậy cốt đai cho dầm ngang tính được : φ10a120 A s f y > H1.7 : Bố trí cốt thép dầm ngang Chương 4: DẦM CHỦ SVTH : Trang [34] Đồ án môn học : Cầu BTCT... 73908150] = 45615139 Nmm + Lực cắt tại gối : Vu = VuDC + VuLL = 51272 + 364026 = 415298 N * Kết luận : Bảng tổng hợp nội lực dầm ngang : II KIỂM TOÁN DẦM NGANG: Thực chất tiết diện làm việc của dầm ngang là tiết diện chữ T, nhưng để đơn giản cho tính toán ta kiểm toán dầm ngang với SVTH : Trang [29] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu tiết diện chữ nhật a ) Thiết kế cốt thép theo TTGH CĐ cho... fy 230 Diện tích cốt thép tối thiểu : As(min) = 0,03.b.h.f’c/fy = 0,03.200.750.40/230 = 782 mm2 As < As(min) => đặt theo lượng cốt thép min Chọn thép : chọn 4 thanh φ 16 ở thớ dưới của dầm ngang có As=804 mm2 Tương tự ta cũng tính toán cốt thép cho thớ trên tại mặt cắt gối : Mug=16654530 Nmm Ta được As = 678 mm2 Do cốt thép trên của dầm ngang nằm trong BMC nên ta phải kết hợp với cốt thép BMC : Đặt... 1777563862 Ứng suất cho phép trong cốt thép : fsa = z 3 dc ⋅ A - Vùng khí hậu khắc nghiệt : z=23000 - dc = 30 :Khoảng cách từ thớ chòu kéo ngoài cùng đến trọng tâm của cốt thép chòu kéo gần nhất - A: diện tích trung bình của betông bọc quanh 1 cây thép A=b.2.dc/4= 200.2.30/4=3000 mm2 Thay vào : f sa = 3 z 23000 =3 = 513.233 MPa dc A 40.3000 * đk kiểm tra nứt : SVTH : Trang [31] Đồ án môn học : Cầu BTCT... được diện tích thép As= 65.89 mm2 SVTH : Trang [24] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu Kiểm tra đk thép tối thiểu ta được diện tích thép điều chỉnh : As=769 mm2 Vậy cốt thép trên của BMC ta đặt 5 thanh φ 14 b ) Kiểm tra lại theo TTGH SD : Bản mặt cầu là kết cấu BT thường nên ta kiểm tra nứt theo mô hình đàn hồi nứt (xem như BT vùng kéo đã nứt không làm việc ) * Tính momen quán tính của tiết... hợp nội lực cho BMC : Do bề dày của BMC không đổi trên mặt cắt ngang cầu nên ta phải tính toán khả năng chòu lực cho mặt cắt nguy hiểm nhất + Giữa nhòp : Mu0.5 = 7423712 Nmm Ms0.5 = 5184337 Nmm SVTH : Trang [23] Đồ án môn học : Cầu BTCT DUL GVHD : Th.S Mai Lựu + Tại gối , lấy giá trò max trong 2 giá trò tại gối của dầm biên và dầm giữa : M ug = 2101583 Nmm M sg = 1524445 Nmm II THIẾT KẾ CỐT THÉP :... chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiều rộng Vì vậy ta cắt 1 m dài theo phương dọc cầu để tính toán cốt thép Có sơ đồ tính như sau : Ø10a400 30 TLBT DC3 100 PL=3N/mm 1000 1200 H4.1 : Sơ đồ tính lề bộ hành Chọn bố trí thép như sau : ds=35mm ; As=192 mm2 h=100mm ; b=1000mm, l= 1200mm B tông cấp 30 thép AII IV.1 ) Tính nội lực trong bản : Tải trọng người : N -3 PL= 3.10 MPa 1m = 3 mm Trọng lượng bản thân... ra 1 dãi bản ngang rộng 1 m theo phương dọc cầu Ø14a200 30 200 170 Ø14a200 1m H2.1 : Tiết diện tính toán của bản mặt cầu Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chòu lực đến mép BT bằng 30mm => a=30 mm => ds = h – a= 200–30=170 mm d’s = a=30 mm Sử dụng cấp BT 40 làm bản mặt cầu (bằng với cấp dầm chủ do đúc toàn khối ) f’c = 40 Mpa Cốt thép sử sụng cho BMC là thép AII : fy = 230 MPa a) Theo TTGH CĐ : a.1)Tiết