ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU BÊ TÔNG THIẾT KẾ CẦU DẦM CHỮ I CĂNG SAU

PHẦN MỞ ĐẦU : GIỚI THIỆU VÀ CÁC QUY ƯỚC CHO ĐỒ ÁN I – Giới thiệu về đồâ án : - Đồ án thiết kế cầu bê tông cốt thép được thực hiện theo tiêu chuẩn mới 22TCN272- 05 dựa trên nền tảng tiêu chuẩn HOA KỲ AASHTO . - Trong pham vi thiết kế của đồ án chỉ thực hiện thiết kế kết cấu phần trên của cầu gồm : Dầm chủ , Dầm ngang , Bản mặt cầu , Lan can , Lề bộ hành … theo các trạng thái giơiù hạn cường độ 1 , trạng thái giới hạn sử dụng ( kiểm tra nứt ). - Thuyết minh đồ án gồm trang, trong đó có: + hình minh hoạ. + Bảng số liệu và bản tính bổ sung. - Bản vẽ thiết kế được thực hiện trên một khổ giấy A1. - Trong quá trình tính toán chỉ thực hiện tính cho một tiết diện đại diện còn các tiết diện tương tự khác sẽ không tính cụ thể trên thuyết minh mà sẽ lập thành những bản kết qủa. II – Các quy ước chung : - Nếu không có gì thay đổi thì tất cả đơn vò tính đều được quy đinh như sau : + Đơn vi chiều dài:mm + Đơn vò lực:N - Tại những vò trí có sự thay đổi đơn vò tính cho phù hợp với yêu cầu trong công thức được quy đònh trong tiêu chuẩn thì sẽ được ghi cụ thể . PHẦN 1 : THỐNG KÊ CÁC SỐ LIỆU ĐẦU VÀO VÀ CHỌN SỐ LIỆU THIẾT KẾ I – ĐỀ BÀI: 1A2A - Chiều dài nhip tính toán: L = 33500(mm) - Kích thước mặt cắt ngang : + Bề rộng lòng đường: B =8000(mm) + Bề rộng lề bộ hành: K = 1200(mm) - Vật liệu: + Cấp bê tông dầm chu: f’ c =50(N/mm3) - Loại tiết diện dầm chính: chữ I căng sau - Hoạt tải: HL – 93 và người II – CHỌN SỐ LIỆU THIẾT KẾ : II.1 – Chọn kích thước lan can – lề bộ hành : - Loại lan can và lề bộ hành dành cho người đi bộ , các kích thước thể hiện trên hình1 1% Hình 1 – mặt cắt ngang lan can – lề bộ hành dành cho người đi bộ Các kích thước lề bộ hành và phần lan can bê tông như sau : + Bề dày lan can: L c =250 (mm) + Bề dày bó vỉa:b bv = 200 (mm) + Chiều cao bó vỉa:h bv = 324 (mm) + Bề dày bản bê tông người đi bo:h PL =80 (mm) + Bán kính vuốt cong tại mép lề :R =50 (mm) + Độ dốc thoát nước của lề người đi i PL =1% - Chi tiết phần lan can thép ( Hình 2 ) Hình 2 – Phần thép lan can + Bề dày các cấu liện thép: t s1 = 10 (mm) + Bề dày thép tấm chờ liên kết bu lông với phần bê tông: t s2 = 20 (mm) + Bán kính cong của đỉnh cột thép: R 1 = 140 (mm) + Bán kính cong của thân cột thép: R 2 = 2469 (mm) + Chiều cao tónh không trên: h tkt = 260 (mm) + Chiều cao tónh không dưới : h tkb = 310 (mm) - Bố trí các cột thép lan can cách nhau 2400(mm) . Do đó có 15 cột thép . (hình 3) Hình 3 - Sơ đồ bố trí khoảng cách giữa các cột lan can II .2- Chọn lớp phủ mặt cầu : - Lớp phủ mặt cầu gồm : + Lớp bê tông asfan dày: t 1 = 70 (mm) + Lơp phòng nước dày: t 2 = 4 (mm) II.3 - Chọn bản mặt cầu : - Chọn bản mặt cầu bằng bê tông có : + Chiều dày bản la:ø t sc = 80 (mm) + Dung trọng bê tông  C '  2.5x10- 5(N/mm3 ) + Đối với phần bản hẫng chiều dày thay đổi từ 180 (mm) đến 220 (mm) - Độ dốc ngang thoát nước cho mặt đường la i LL = 1.5 % - Tạo độ dốc ngang cho mặt đường bằng cách kê gối lên các dầm chủ. II.4 - Chọn các kích thước mặt cắt ngang dầm chủ : II.4.1 - Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ đoạn giữa nhòp : - Chiều cao dầm chủ: H = 1450 (mm) - Chiều cao bầu dưới: H 1 = 200 (mm) - Chiều cao vút dưới: H 2 = 250 (mm) - Chiều cao sừơn: H 3 = 650 (mm) - Chiều cao vút trên: H 4 = 150 (mm) - Chiều cao gờ trên: H 5 = 160 (mm) - Chiều cao gờ trên cùng: H 6 = 40 (mm) - Bề rộng bầu dầm dưới: b 1 = 700 (mm) - Bề rộng sườn dầm: b 2 = 200 (mm) - Bề rộng bản cánh trên: b 3 = 600 (mm) - Bề rông gờ trên cùng: b 4 = 480 (mm) H b 2 1 b 4 b b 3 1 2 3 4 5 6 H H H H H H H H H H 6 3 2 1 3 b b 4 b 1 H ' ' Hình 4 – Mặt cắt ngang dầm chủ đoạn giữa dầm và tại vò trí gối II.4.2 - Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ tại vò trí gối : - Chiều cao dầm chủ: H = 1450 (mm) - Chiều cao bầu dưới: H 1 = 200 (mm) - Chiều cao vút dưới: H 2 ’ = 50 (mm) - Chiều cao sừơn: H 3 ’ =1160 (mm) - Chiều cao gờ trên cùng: H 6 = 40 (mm) - Bề rộng bầu dầm dưới: b 1 = 700 (mm) - Bề rộng bản cánh trên: b 3 = 600 (mm) - Bề rông gờ trên cùng: b 4 = 480 (mm) II .5 - Chọn các kích thước dầm ngang: - Bố trí dầm ngang tại các vò trí : hai gối , L/6 , L/3 , L/2 , 4L/6 , 5L/6 ( 7 mặt cắt) - Từ việc bố trí dầm ngang như trên ta có số dầm ngang là : + Tại gối: n Ngối = 10 (dầm) + Tại giữa nhòp: n Ng = 25 ( dầm) - Khoảng cách giữa các dầm ngang: l 1 = L tt / n = 5583.3(mm) Với n = số mặt cắt bố trí dầm ngang – 1 = 7 – 1 = 6 II . 5.1 - Kích thước dầm ngang đoạn giữa nhòp : - Chiều cao dầm ngang: H n = H 3 + H 4 + H 5 + H 6 =1000(mm) - Bề dày dầm ngang: b n =200(mm) II .5 .2 - Kích thước dầm ngang tại gối : - Chiều cao dầm ngang: H n ’ = H 1 + H 2 ’ + H 3 ’ + H 6 = 1000(mm) - Bề dày dầm ngang : b n = 200(mm) H H H H H H 6 5 4 3 2 1 3 b b 4 b 1 2 b n H ' ' 1 b 4 b b 3 1 2 3 6 H H H H H n ' Hình 6 – Cấu tạo dầm ngang tại vi trí nhòp và gối II . 6 . - Cấu tạo dầm chủ theo phương dọc cầu : a 0.5H H H Hình 7 – Bố trí cấu tạo đầu dầm - Vò trí bắt đầu thay đổi tiết diện cách tim dầm một đoạn:H =1450 (mm) - Vò trí kết thúc thay đổi tiết diện cách tim dầm một đoạn:1.5H =2175 (mm) - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối la:ø a = 300(mm) II .7 – Bố trí dầm chủ theo phương ngang cầu : - Bề rộng toàn cầu là : B + 2.K + 2.L c = 8000+2x1200 + 2x250 = 10900(mm) - Chọn số dầm chủ là: N b = 6 ( dầm) - Chọn khoảng cách giữa các dầm chủ là:S =1800 (mm) - Từ đây suy ra bề rộng phần bảng hẫng là : S k = {B + 2.K + 2.L c – (N b – 1) .S}= 950 (mm) II.8 – Tổng quát mặt cắt ngang toàn cầu : ( Hình 8 ) lớp bê tông asfan dày 70 mm lớp phòng nước dày 4 mm bản mặt cầu dày 180 mm 1.5 %1.5 % 1% 1% Hình 8 – Mặt cắt ngang toàn cầu PHẦN II – TÍNH TOÁN LAN CAN LỀ BỘ HÀNH I – Tính toán cho bó vỉa theo điều kiện chòu được lực va xe ( Trạng thái giới hạn đặt biệt): - Trong phạm vi tính toán chấp nhận một số giả thiết mang tính an toàn: + Bó vỉa xem như làm việc độc lập với bản bê tông người đi và phần lan can bê tông dù trong thi công chúng được đúc toàn khối . + Chiều cao bó vỉa không thể quá cao như yêu cầu của chiều cao tối thiểu đặt lực va xe H e =810 ( mm) nên trong thiết kế lấy bằng chiều cao bó vỉa H = h bv = H e I .1 – Các số liệu thiết kế : - Chiều cao bó vỉa h bv = 324(mm) - Bề dày bó vỉa: b bv =200(mm) - Chọn lan can cấp L 3 , tra bảng 4.2 ( A13.7.3.3-1) + Lực ngang F t = 240000(N) + Chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu là : L t =1070 (mm) - Thép sử dụng loại AII có cường độ chảy là : fy = 280(Mpa) - Bê tông làm kan can lề bộ hành dùng loại giống như dùng để đổ bản mặt cầu có f c ’ = 35 (Mpa) - Tính toán theo trạng thái giới hạn đặc biệt nên lấy hệ số sức kháng Ф = 1 I.2 – Tính toán bó vỉa theo điều kiên chòu uốn khi va xe : - Lấy 1 đơn vò chiều dài là 1(mm) - Tính toán sức kháng của tiết diện hình chử nhật khi bố trí cốt thép đơn mặt dù khi bố trí ta bố trí cốt kép . - Lấy bề dày lớp bảo vệ là : a bv = 25 (mm) - Bố trí cốt thép theo phương ngang ( cốt thép đứng ) là thép Ф 14 có khoảng cách giữa các thanh là a = 150 (mm) và bao phía ngoài . - Bố trí cốt thép theo phương đứng ( cốt thép ngang) là thép Ф 14 có khoảng cách giữa các thanh là a = 150 (mm) và đặt trong cốt thép đứng . II.2.1 – Tính khả năngchòu uốn của 1 (mm) bề rộng tiết diện theo phương đứng M W : - Thực hiện tính toán cho tiết diện hình chữ nhật có : ds a a a 1 As h 1 Hình 9 – Sơ đồ tính khả năng chòu lực của bó vỉa + Bề rộng b = 1 (mm) + Chiều cao h = b bv = 200 (mm) - Từ cách bố trí như trên ta có số thanh thép trên 1(mm) bề dày bê tông là n = 1/150 = 0.0066 ( thanh) - Diện tích mỗi thanh là : A s1thah = π.d 2 /4 = 3.14x15 2 /4 = 153.86(mm 2 ) - Diện tích thép dùng tính toán là : A s = A 1thanh . n = 153.86x0.0066 = 1.0257(mm 2 ) - Khoảng cách từ thớ dưới đến trọng tâm cốt thép là : a bv + d đứng + d ngang =25+14+14/2 = 46 (mm) + d đứng : đường kính cốt thép đứng . + d ngang : đường kính cốt thép ngang . - Từ đây ta có : ds = h – (a bv + d đứng + d ngang ) = 200 – 46 = 154 (mm) - Tính  bf fA a c ys .85.0 . '  1 . 35 85 . 0 2800257.1 x x x 9.6539 (mm) - Tính β 1 = 0.85 – 0.05/7x(f c ’ -28 ) = 0.85 – 0.05/7x(35-28) = 0.8 - Tính chiều cao vùng chòu kéo quy ước c = a/ β 1 = 9.6539/0.8 = 12.0675 (mm) - Kiểm tra hàm lượng cốt thép cực đại : + Ta có : c/d s = 12.0675/154 = 0.71 < 0.45 + Vậy điều kiện hạn chế cốt thép cực đại được thoã mãn - Tính khả năng chòu của tiết diện : - M W = M n = A s .f y . (d s – a/2 ) = 1.025x280x(154 – 9.65/2) = 41986.4 (Nmm/mm) II.2.2– Tính khả năngchòu uốn của 1 (mm) bề rộng tiết diện theo phương ngang M C : - Thực hiện tính toán cho tiết diện hình chữ nhật có : + Bề rộng b = 1 (mm) + Chiều cao h = b bv = 200 (mm) - Từ cách bố trí như trên ta có số thanh thép trên 1(mm) bề dày bê tông là n = 1/150 = 0.0066 ( thanh) - Diện tích mỗi thanh là : A s1thah = π.d 2 /4 = 3.14x15 2 /4 = 153.86(mm 2 ) - Diện tích thép dùng tính toán là : A s = A 1thanh . n = 153.86x0.0066 = 1.0257(mm 2 ) - Khoảng cách từ thớ dưới đến trọng tâm cốt thép là : a bv + d đứng =25+14/2 = 32 (mm) - Từ đây ta có : ds = h – (a bv + d đứng ) = 200 – 32 = 168 (mm) - Tính  bf fA a c ys .85.0 . '  1 . 35 85 . 0 2800257.1 x x x 9.6539 (mm) - Tính chiều cao vùng chòu kéo quy ước c = a/ β 1 = 9.6539/0.8 = 12.0675 (mm) - Kiểm tra hàm lượng cốt thép cực đại : + Ta có : c/d s = 12.0675/154 = 0.71 < 0.45 + Vậy điều kiện hạn chế cốt thép cực đại được thoã mãn - Tính khả năng chòu của tiết diện : M C = M n = A s .f y . (d s – a/2 ) = 1.025x280x(168 – 9.65/2) = 45926.9 (Nmm/mm) II.2.3 – Xét trường hợp va xe giưa bó vỉa : - Tính bề rộng vùng phá hoại của bó vỉa L C và sức kháng của tường R Wmin : - Bề rộng phá hoại của tường được tính theo công thức : C Wbt tC M HMMHL LL ).(8 2 2            - Với các số liệu đã có ở trên ta tính được: )(63.1561 9.45926 )200.4.419860(2008 2 1070 1070 2 mm xxx L C             - Sức kháng của bó vỉa được tính theo công thức :           H LM HMM LL R CC Wb tC W 2 min . .88. 2 2 )(442722 200 1561.45926 2004986808. 107015612 2 2 min Nxxx x R W             II.2.4– Xét trường hợp va xe đầu : - Các giá trò L C và R Wmin được tính như sau : -             C Wbt tC M HMMHL LL ).( 2 2 - )(22.1153 9.45926 )200.4.419860(200 2 1070 1070 2 mm xxx L C             =>          H LM HMM LL R CC Wb tC W 2 min . 2 2 )(326937 200 1561.45926 20049860. 107015612 2 2 min Nx x R W             II.2.5 – Kiểm toán : - Trạng thái giới hạn đặc biệt nên lấy Φ = 1 - Giá trò R Wmin = 326937 (N) - Giá trò lực va xe theo tiêu chuẫn F t = 240000 (N) [...]... 74 II.2 – Hoạt t i tác dụng: II.2.1 Xác đònh hoạt t i: - Do bề rộng bản mặt cầu S < 4600 (mm) nên chỉ xét tác dụng của xe t i thiết kế: b 1 658 1800 Hình 17 – Sơ đồ tính của bản mặt cầu giữa nhòp II.2.2 – Tính n i lực ở các trạng th i gi i hạn do hoạt t i gây ra: II.2.2.1– Trạng th i gi i hạn cường độ: - T i trọng ngư i phân bố trên bề rộng tương úng v i bề rộng phân bố của bản ngư i i bộ: - Xem t i. .. Thi công sử dụng ván khuôn bê tông cốt thép dể l i có bề dày 40(mm) II – Tính toán đặc trưng hình học- hê số phân bố t i trọng: II.1-Tính đặc trưng hình học của dầm chưa liên hợp: - Do đây chỉ là bước tính sơ bộ nên tiết diện lúc này bỏ qua diện tích chiếc giảm do đặt ống gen *Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ đoạn giữa nhòp : - Chiều cao dầm chủ: H = 1450 (mm) - Chiều cao bầu dư i: H1 = 200 (mm) - Chiều... thuận l i cho việc tính toán ta chuyển đ i các tiết diện trên về tiết diện tính tương đương dựa vào yêu cầu đảm bảo chiều cao dầm chủ và diện tích tiết diện: * Tiết diện chuyển đ i t i vò trí giữa nhòp có: - Chiều cao toàn dầm: h = H = 1450(mm) - Chiều rộng cánh trên:bf = 600(mm) - Chiều rộng sườn dầm: bw = 200(mm) - Chiều rộng cánh dư i: b1 = 700(mm) - Chiều cao cánh trên: hf = H5 +H6+H4/2 – ( b3-b4)xH6/(b3-b2)... 2 2  I. 2 – Hoạt t i tác dụng: I. 2.1 Xác đònh hoạt t i:    6120.083969 (Nmm)   - Hoạt t i chỉ có t i trọng ngư i i bộ là t i phân bố có giá trò: PL = 300x9.81x10-6 = 0.002943 (N/mm) I. 2.2 – Tính n i lực ở các trạng th i gi i hạn do hoạt t i gây ra: I. 2.2.1– Trạng th i gi i hạn cường độ: - T i trọng ngư i phân bố trên bề rộng tương úng v i bề rộng phân bố của bản ngư i i bộ: - Từ các số liệu đã...  8.94 (N/mm) 3000 3000  2 2  - So sánh hai tổ hợp t i trọng ta thấy tổ hợp ( TANDEM + LANE ) sẽ gây ra hiệu ứng t i trọng lớn hơn , như vậy ta chọn tổ hợp t i trọng tính toán là tổ hợp( TANDEM + LANE ) III – Tính mômen và lực cắt cực đ i trong dầm do t i trọng gây ra: III.1 – Tính mômen và lực cắt cực đ i trong dầm do tónh t i gây ra: III.1.1 Trạng th i gi i hạn cường độ: - Lấy   0.9  DC 2 ...  RWmin = 261007 (N) > 240000(N) - Uốn móc câu 900 và kéo d i 12.db = 168 (mm) II – Tính toán bản bê tông ngư i i bộ : II.1 – Tónh t i tác dụng : - Thực hiện tính toán bằng cách xét 1(mm) bản và xem như dầm giản đơn có khoảng cách giữa hai g i là lb = 1200(mm) - Giá trò lực phân bố là :DC3 = γc’ hb = 2500x10-8 x80 = 0.002 (N/mm) PL DC3 1200 Hình 10 – Sơ đồ tính bản ngư i bộ hành II.2- Hoạt t i tác... tính toán t i g i: ( chỉ lấy giá trò , không lấy dấu) M truck s g DC+DW Ms = 0.7x(Ms + )= SW  36093513.8 = 0.7x(2386.17 + ) = 16982.72 (Nmm) 2210 II.4 – Tính toán và bố trí cốt thép cho bản dầm giữa: II.4.1 - Tính đ i v i mô men t i g i: ( Giá trò mô men lớn hơn) - Tiết diện tính vẫn là tiết diện hình chữ nhật như hình dư i: h ds a1 - As 1 Mo men tính toán là: Mu = 23267.8 (Nmm) Thực hiên tính toán cốt...   * Tiết diện tính đ i t i vò trí g i có: - Chiều cao dầm chủ: h = 1450(mm) - Chiều cao cánh dư i: h1 = H1 + H2’/2 = 200+50/2 = 225(mm) - Chiều rộng cánh dư i: b1 = 700(mm) - Chiều rộng cánh trên cũng chính là chiều rộng sườn dầm b H  (b3  b4 ).H 6  600 x.1450  (600  480).x40  b2 = 3 =  596.68(mm) H 1450 b2 h h1 b1 Hình 23 – Tiết diện tính đ i trên g i - Diện tích tiết diện trên g i A01 =... + V i x = II – Tính toán cho bản dầm giưã: ( tính trên 1 mm chiều d i theo phương dọc cầu của bản) DW DC 2 1800 Hình 16 – Sơ đồ tính do tónh t i tác dụng II.1 Tónh t i tác dụng: II.1.1 – Xác đònh tónh t i: - Trọng lượng bản thân bản nặt cầu: =>Trọng lương bản thân phân bố đều có giá trò: DC2 =  'C t sb  0.000245x180 = 0.00441 (N/mm) ( do đang xét 1mm d i bản) - Lớp phủ mặt cầu gồm: + Lớp bê tông. .. 5200930820 0.6 f y Vậy đều kiên nứt được thoã mãn + V i x = TÍNH TOÁN DẦM CHỦ Chương I – TÍNH TOÁN CÁC SỐ LIỆU CẦN THIẾT I – Số liệu tính toán: I. 1-Các kích thước dầm chủ: đã chọn trong phần I I.2-Chọn vật liệu: - Ngo i mác bê tông cũng như cường độ cốt thép đã chọn trong phần 1 , ta cần chọn thêm một số giá trò - Chọn cáp theo catalogue của nhà sản xuất VSL + Chọn cáp tao có 7 s i xoắn 15.2(mm) + Cường