Đồ án Thiết kế cầu xác định tĩnh tải dầm phụ và cách tính nội lực cho cầu

Đồ án Thiết kế cầu giới thiệu về các số liệu thiết kế, thiết kế cấu tạo cầu, xác định tĩnh tải dầm phụ, cách tính nội lực cho cầu. Các bạn có thể sử dụng tài liệu này trong việc tham khảo làm đồ án thiết kế cầu của mình.

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU.

I.SỐ LIỆU THIẾT KẾ

1.Thông số chung

- Chiều dài toàn dầm: L = 36 m

- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối : a= 0.4 m

- Khẩu độ tính toán : Ltt = L - 2a = 35.2 m

- Tải trọng thiết kế: + Hoạt tải HL93

+ Tải trọng người đi bộ 3kPa

2 Thông số về vật liệu

2.1 Cốt thép DUL

- Cường độ quy định của thép dự ứng lực fpu = 1860 Mpa

- Giới hạn chảy của thép dự ứng lực fpy = 0.9 fpu = 1764 Mpa

- Hệ số ma sát µ = 0.3

- Ứng suất trong thép khi kích fpj = 0.7 fpu = 1302 Mpa

- Môđun đàn hồi Et = 197000 Mpa

2.1 Vật liệu bê tông

- Cấp bê tông

+ Dầm chủ:

MPa 50

f '

1 =

+ Bản mặt cầu:

MPa 30

f '

2 =

- Cường độ chịu nén của bêtông khi tạo ứng suất trước fci’ = 0.9 fc’ = 45 Mpa

- Môđun đàn hồi của bêtông

- Cường độ chịu kéo khi uốn

- Trọng lượng riêng của dầm: 24 / .

3

m kN

c = γ

- Loại cốt thép DUWL : tao thép 7 sợi xoắn đường kính: Dps = 15.2 mm + Cường độ chịu kéo chuẩn: fpu =1860MPa.-Thép thường : G60

MPa 620

fu =

fy =420MPa.

II.THIẾT KẾ CẤU TẠO

1. Kích thước mặt cắt ngang cầu

- Số lượng dầm chủ: Nb = 4

- Khoảng cách 2 dầm chủ: : S = 2650 mm

- Chiều dày bê tông bản : hf = 20 cm

- Lớp bê tông asphalt dày : t1= 7 cm

- Lớp phong nước dày : t2= 0,4 cm

2. Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang dầm

- Chiều cao dầm Super T: H = 1550 mm ;.

- Chiều cao bầu dưới: h6 = 210 mm

- Chiều cao vút dưới: h5 = 50 mm ; h4 = 300 mm

- Chiều cao vút trên: h2 = 75 mm

- Chiều cao sườn: h3 = 840 mm

- Chiều cao toàn dầm tính cả BMC: h = H+hf = 175 cm

3 Cấu tạo dầm ngang: Dầm ngang được bố trí tại hai gối của dầm

Chiều dày của dầm ngang : tdn= 750 mm

Chi tiết mặt cắt ngang dầm ngang như hình vẽ :

Diện tích của mặt cắt ngang : Adn = 0.937 m2

III XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI DẦM CHỦ:

1 Tĩnh tải giai đoạn 1.

a Trọng lượng bản than dầm.

Diện tích tiết diện : A1= 2600x75 + 1475x953 = 1,6m2.

Tỉ trọng bê tông : γc 24 / .

3

m kN

Có diện tích : A= 859x260 + 220x1237 + 53x2600 = 633280 mm2 = 0,6333m2.

( 2 1 35)) / 35 , 2 0 6333 24 ( 35 2 2 1 35 ) / 35 , 2 14 , 033 (

kN/m.Tĩnh tải dầm chủ được coi là tải trọng rải đều trên suốt chiều dài dầm:

05 , 17 03 , 14 3,02

2

) / ( 72 12 24 53

, 35 4

6 75 , 0 0.937

m kN L

N

N t A

tt b

dn dn dn

d Tải trọng do lan can.

DC2 : Trọng lượng lan can xuất hiện ở giai đoạn

khai thác sau các mất mát

Ta sử dụng loại lan can theo tiêu chuẩn AASHTO

=> Tĩnh tải DC2 tác dụng cho dầm biên

A vn =

) / ( 2 0 24 2

, 35

2 15 , 0 0.98 2

m kN L

t A

tt

vn vn

f Tĩnh tải ván khuôn lắp ghép:

) / ( 698 , 0 03 , 0 97 ,

2 Tĩnh tải giai đoạn II (DW).

Lớp bê tông asphalt : t1= 0,075 m

3

1 22,50kN m/

Lớp phòng nước :t2= 4.10-3 m

3

2 18kN m/

.+ Tổng trọng lượng lớp phủ mặt cầu :

DWlp = (t1.γ1

+ t2 γ2

).B/4 = 4,2 kN/m+ Các tiện ích (cột đèn, biển báo,…) :

• Giai đoạn II:

+ Tĩnh tải tiêu chuẩn:

) / ( 25 , 4 05 , 0 2 ,

DW DW

DW tC = lp + ti = + =

+ Tĩnh tải tính toán

) / ( 38 , 6 25 , 4 5 ,

IV Xác định hệ số phân bố ngang của hoạt tải.

1 Tính hệ số phân bố ngang do tải trọng người.

- Điều kiện tính toán :

+ Tính hệ số phân bố ngang do tải trọng Người

+ Tính hệ số phân bố ngang cho dầm biên do tải trọng HL93 trong trường hợp xếp tải

trên một làn

- Vẽ tung độ ĐAH áp lực gối R1

2150 1200

Tính hệ số phân bố ngang cho dầm biên

- Tính hệ số phân bố ngang đối với tải trọng Người dải đều :

+ Công thức tính : g =

le

b y y

2

) ( 1 2

Trong đó :

+ ble : Là bề rộng của lề đi bộ

+ y1 : Là tung độ ĐAH tại vị trí mép ngoài của tải trọng Người

+ y2 ; Là tung độ ĐAH tại vị trí mép trong của tải trọng Người

a Hệ số phân bố ngang của tải trọng Người đối với dầm biên :

gNg = 2

1

(1,302+ 0,821).1,275= 1,353

b Tính hệ số phân bố ngang đối với dầm trong.

5 , 0 4

2

2 = =

=

n g

Với n: là số dầm chủ, n = 4 dầm

2 Hệ số phân bố hoạt tải đối với momen trong các dầm giữa( dầm trong).

Với dầm Super –T, hệ số phân bố ngang được tính theo công thức sau

a Với một làn thiết kế (sử dụng bảng 4.6.2.2.2.a-1) :

294 , 0 35200

1550 2650 910

2650

910

28 , 0

2

35 , 0 28

, 0

2

35 , 0

L

d S S

g

d :chiều cao của dầm

b Với hai hoặc nhiều hơn hai làn thiết kế(sử dụng bảng 4.6.2.2.2.a-1) :

914 , 0 35200

1550 2650 910

2650

910

128 , 0

2

6 , 0 128

, 0

2

6 , 0

L

d S S

b

s d L N

3 Hệ số phân bố hoạt tải đối với moomen trong các dầm biên:

a Với một làn xe (tính theo phương pháp đòn bẩy):

- Xếp tải trọng bất lợi lên ĐAH phản lực gối

- Tính hệ số phân ngang đối với xe tải và xe 2 trục thiết kế :

+ Công thức tính : g =

∑Y i

2 1

+ Hệ số phân bố ngang của xe tải và xe 2 trục thiết kế đối với dầm biên khi xếp trên 1 làn :

, 0 914 , 0

mb

d g

800 97 , 0 914 , 0

4 Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt trong các dầm giữa ( dầm trong).

a Với một làn thiết kế chịu tải trọng:

673 , 0 35200

1550 3050

2650 3050

1 , 0 6

, 0 1

, 0 6 , 0

L

d S

g

b Với hai làn thiết kế hoặc hơn hai làn :

834 , 0 35200

1550 2250

2650 2250

1 , 0 8

, 0 1

, 0 8 , 0

L

d S

g

Trong đó : d : chiều cao dầm

Phạm vi áp dụng công thức :

+ 450≤ H ≤1700

+ 1800≤S ≤3500

+ 6000≤L≤43000

+

5 Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt trong các dầm biên:

a Với một làn thiết kế : đã tính ở phần trên

, 0 834

với

300 d e 1400

Vì de= 800 mm nằm trong phạm vi áp dụng công thức này

Hệ số phân bố lực cắt thiết kế của các dầm biên :

gvbHL= gHL2= 0,886

gvbLan= gLan2= 0, 886

6 Tổng hợp hệ số phân bố ngang tại các mặt cắt.

a Hệ số phân bố ngang tại các dầm biên.

gxetải gxe2trục glàn gng

7 Xác định hệ số phân bố ngang tính toán.

- So sánh hệ số phân bố ngang giữa dầm biên và dầm trong thì hệ số PBN đối với dầm biên là lớn hơn tức là dầm biên chịu lực bất lợi hơn dầm trong nên ta tính toánthiết kế cho dầm biên

- So sánh hai trường hợp là xếp tải trên 1 làn và xếp tải trên cả 2 làn ta thấy trường hợp xếp tải trên cả 2 làn bất lợi hơn nên ta tính toán xếp tải trên cả 2 làn

- Kết hợp 2 điều kiện trên thì ta sử dụng hệ số PBN tại các mặt cắt cho trường hợp:dầm thiết kế là dầm biên và số làn xếp tải là 2 làn

- Như vậy ta đã chọn tính toán thiết kế cho dầm bất lợi là dầm biên nên tất cả các

số liệu và kết quả tính toán sau này đều tương ứng với dầm biên

=

I

η

cầu thiết kế là quan trọng

Vậy hệ số điều chỉnh tải trọng

- Mặt cắt

) ( 6 , 17 2 / 2 , 35 2 /

c Tính diện tích đường ảnh hưởng.

- Diện tích ĐAH mômen tại mặt cắt cách tim gối 1 đoạn bằng x tính theo công

thức:

ω = 2

) (L x

x −

- Diện tích ĐAH lực cắt tại mặt cắt cách tim gối 1 đoạn bằng x tính theo công thức:

ω+ = L

x L

2

) ( − 2

-Bảng kết quả tính diện tích ĐAH nội lực tại cắt mặt cắt:

CẮT L(m) x(m) l-x(m) y=x(l-x)/l y 1 =(l-x)/l y 2 =x/l ω M (m 2 ) ω v+(m 2 ) ω v-(m 2 )

Tổng ω(m 2 )

+ qtc ,qtt: Tĩnh tải tiêu chuẩn và tĩnh tải tính toán

+ M1tc , M1tt : Mômen uốn tiêu chuẩn và tính toán do tĩnh tải

+ V1tc , V1tt: Lực cắt tiêu chuẩn và tính toán do tĩnh tải

+ ΩM ,ΩM: Tổng diện tích đường ảnh hưởng mômen uốn và lực cắt của

2 11 36.04 4.25 396.44 46.75 443.19 495.55 70.13 565.68 KN V4 8.8 46.67 4.25 410.70 37.4 448.10 513.37 56.10 569.47 KN

b Tính nội lực do tải trọng làn và tải trọng ngươì.

- Để tính nội lực do tải trọng làn (lane) và tải trọng người (people) thì ta xếp tải

trọng dải đều bất lợi lên ĐAH và tính toán nội lực

- Công thức tính nội lực do tải trọng làn:

+ q1 , gng: Tải trọng làn va tải trọng người dải đều

+ Mhtc , Mhtt, Mh’: Mômen uốn tiêu chuẩn, tính toán và mômen uốn khi tính mổi do

: Hệ tải trọng của hoạt tải

+ Tải trọng làn và tải trọng người không xét đến hệ số xung kích

Bảng tổng hợp nội lực do tải trong làn (Lane) và tải trọng người :

Nội Diện

tích

Tải trọng Hệ số Nội lực tiêu chuẩn Nội lực tính toán Đơn

lực ĐAH phân bố ngang (TTGH sử dụng) (TTGH cường độ I) vị

c Tính nội lực do xe tải thiêt kế (Truck)và xe 2 trục thiết kế (Tandem).

- Để tính nội lực do xe tải và xe 2 trục thiết kế ta xếp tải trọng lên đường ảnh

hưởng theo sơ đồ bất lợi nhất và tính nội lực.Ví dụ ta cĩ thể xếp như sau :

xe 2 trục thiết kế

xe tải thiết kế

ĐAH M

ĐAH V

xe tải thiết kế

xe 2 trục thiết kế

- Cơng thức tính nội lực do xe tải và xe 2 trục thiết kế

+ yiM, yiV : l à tung độ Đah mô men và lực cắt tại vị trí trục thứ i

+ gh : hệ số phân bố ngang của hoạt tải ,tải trọng làn và tải trọng người

+ 1+IM : hệ số xung kích của hoạt tải

+γh

:Hệ số tải trọng của hoạt tải

-Tính mô men tại mặt cắt X 4=Ltt/2=35,2/2= 17,6 m

+Xếp tải lên ĐAH:

Do hoạt tải tính

toán

Mh tt

- Tính mô men tại mặt cắt X 2=Ltt/4=35,2/4= 8,8 m

+Xếp tải lên ĐAH:

Do hoạt tải tính

toán

Mh tt

- Tính lực cẳt tại mặt căt 0-0(mặt cắt gối)

+Xếp tải lên ĐAH:

- Tính lực cẳt tại mặt căt II-II(mặt cắt L/4).

+Xếp tải lên ĐAH:

Tổng Pi x

Do hoạt tải tiêu

- Đối với mỗi tổ hợp tải trọng ta cần thành lập 2 trường hợp tải trọng giữa tĩnh tải

và hoạt tải nhằm tìm ra trường hợp tải trọng bất lợi nhất sẽ khống chế thiết kế: + TH1: Tĩnh tải + Xe tải thiết kế + tải trọng làn + Đoàn người

+ TH2: Tĩnh tải + Xe 2 trục thiết kế + tải trọng làn + Đoàn người

- Bảng tổng hợp nội lực tiêu chuẩn ( thep TTGH sử dụng)

TT+Xe

2 trục+ Làn+Người

Nội lựcTCMax

Đơnvị

Tĩnh

tải 1

Tĩnhtải 2 Xe tải

Xe 2trục Làn

NgườiM

0

875.0

6

49.13

241.15

173.83

140.02

33.75

1339.11

1271.791339.1

1 KN

2 trục+ Làn+Người

Nội lựcTCMax

ĐơnvịTĩnh

tải 1

Tĩnhtải 2 Xe tải

Xe 2trục Làn

NgườiM

0

1093.8

3

73.69

527.51

380.26

245.04

59.06

1999.13

1851.88

1999.1

3 KNV

242.07