ĐỒ ÁN MÔN HỌC CẦU BÊ TÔNG THIẾT KẾ CẦU DẦM SUPER T

Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu CHƯƠNG 1 – LAN CAN VÀ LỀ BỘ HÀNH 1.1. THIẾT KẾ LAN CAN NGƯỜI ĐI BỘ 1.1.1. Một số yêu cầu chung: Lan can là kết cấu bố trí dọc theo lề cầu để bảo vệ cho xe cộ và người đi không bò rớt xuống sông. Lan can còn là công trình thể hiện tính thẩm mỹ, tạo hình thái hài hòa với các công trình và cảnh quan xung quanh. Lan can đường người đi có tác dụng đảm bảo an toàn cho người đi bộ trên cầu. Chiều cao nhỏ nhất của lan can phải bằng 1060 mm tính từ mặt đường người đi Khoảng cách tónh giữa các thanh không được lớn hơn 150 mm Khi dùng lan can có cả cột đứng và thanh ngang, thì ở phần thấp (65 mm) khoảng cách tónh giữa các thanh không lớn hơn 150 mm, khoảng cách tónh của phần trên không quá 380 mm. Hoạt tải tính toán là tải trọng phân bố đều có cường độ w = 0,37 N/mm theo cả hai phương thẳng đứng và nằm ngang. Đồng thời lan can phải được tính với 1 tải tập trung 890 N, có thể tác dụng đồng thời với tải trọng phân bố ở trên. 1.1.2. Cấu tạo, bố trí chung: 200 2900 250 1200 1650 75350350400 775600 280 20 1400 28020 200 20 300 150 100 20 Cột lan can Hình 1.1: Cấu tạo chung lan can + Cấu tạo thanh lan can trên - Đường kính ngoài D = 100 mm - Đường kính trong d = 90 mm 100 90 100 90 Hình 1.2. Kích thước thanh lan can trên + Cấu tạo thanh lan can dưới - Đường kính ngoài D = 100 mm - Đường kính trong d = 90 mm Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 10 Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu 100 90 100 90 Hình 1.3. Kích thước thanh lan can dưới + Hai thanh lan can dạng thép ống + Khoảng cách tónh giữa hai thanh lan can: 350 mm + Khoảng cách giữa hai trụ lan can: 2900 mm + Thanh và Trụ lan can làm bằng vật liệu thép có mạ kẽm 5 3 7,85.10 N/mm − = t γ , = 2 240 N/mm y f 1.1.3. Tính toán lan can: Do tải trọng tác dụng lên mỗi thanh lan can là như nhau nên ta chỉ cần kiểm tra cho một thanh lan can . Thanh lan can được xem như dầm liên tục, để đơn giản trong tính toán ta đưa về sơ đồ dầm giản đơn để tính rồi sau đó điều chỉnh bằng các hệ số. 1.1.3.1. Tónh tải tác dụng: Tónh tải gồm trọng lượng bản thân thanh lan can. t .g F= γ =( 2 2 .D / 4 .d / 4π − π ). t γ = ( ) π π − − = 5 2 2 .100 / 4 .90 / 4 .7,85.10 0,1171 N/mm 1.1.3.2. Hoạt tải tác dụng: Hoạt tải thiết kế gồm: + Lực tập trung P = 890 N theo 2 phương. +Tải trọng phân bố đều trên thanh lan can ω = 0,37 N/mm theo hai phương. Sơ đồ tác dụng của hoạt tải 1 4 5 0 P=890 N P=890 N 2 9 0 0 W=0.37 N/mm W=0.37 N/mm Hình 1.4: Sơ đồ tính toán thanh lan can 1.1.3.3. Kiểm toán: + Lan can thoả mãn điều kiện chòu lực khi Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 11 Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu n i i .M . . .Mφ ≥ η γ ∑ = M p n y M f .S= Trong đó: - φ : là hệ số sức kháng φ = 1 - η : là hệ số điều chỉnh tải trọng - γ : là hệ số tải trọng ( DL p γ = 1,25 với tónh tải, PL p γ =1,75 với hoạt tải người) - M i : là mômen lớn nhất do tỉnh và hoạt tải - M n : sức kháng của tiết diện - S : sức kháng của thanh lan can + Chọn các hệ số tải trọng - D η = 1 cho các thiết kế thông thường - R η = 1 cho các mức dư thông thường - I η = 1,05 đối với cầu quan trọng η = D η . R η . I η = 1,05 > 0,95 + Momen tại giữa nhòp ở trạng thái giới hạn cường độ: - 1 M = η .{ PL p γ .(P. th L /4 + ω . 2 th L /8) + DL p γ . th q . 2 th L /8} = 1,05.{1,75.(890.2900/4 + 0,37.2900 2 /8) + 1,25.0,1171. 2900 2 /8} = 2061936.023 N.mm - 2 M = η . PL p γ .(P. th L /4 + ω . 2 th L /8) = 1,05 .1,75.( 890.2900/4 + 0,37. 2 2900 /8) = 1900365,47 N.mm + Momen tổng hợp tại mặt cắt giữa nhòp ở trạng thái giới hạn cường độ : M = 2 2 1 2 M M+ = + = 2 2 2061936,023 1900365,47 2804098,62 N.mm * Ta đưa sơ đồ dầm giản đơn về sơ đồ dầm liên tục bằng các hệ số điều chỉnh: + Momen tại giữa nhòp ở trạng thái giới hạn cường độ: g M = 0,5.M = 0,5.2804098,62 = 1402049,31 N.mm + Momen tại gối ở trạng thái giới hạn cường độ : g M = 0,7.M = 0,7.2804098,62 = 1962869,03 N.mm + Lấy momen ở gối để tính toán M p = M g = 1962869,03 N.mm * Tính sức kháng của thanh lan can 3 4 S 0,1.D .(1 )= − α = 4 3 90 0,1.100 . 1 100     − =    ÷       34390 3 mm với α = d/D = 90 /100 + Lan can làm bằng thép CT3 có f y = 240 MPa - M = φ.f y .S= 1.240.34390 = 8253600 N.mm - M p = 1962869,03 N.mm < M = 8253600 N.mm Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 12 Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chòu lực 1.1.4. Tính toán trụ lan can: 75350 134 75700 150 775 130 350 775 8 184 200 8 8 90 90 775 307030 130 200 8 42 100 42 8 200 10 THÉP TẤM 2 775x184x8 THÉP TẤM 1 1636x130x8 THÉP TẤM 3 200x130x10 Hình 1.5: Kích thước trụ lan can 1.1.4.1. Sơ đồ tính toán: 350 350 700 P lc Pl c G P lc 75350350 P lc Hình 1.6: Sơ đồ tính toán trụ Chọn các hệ số tải trọng: + D η = 1 cho các thiết kế thông thường + R η = 1 cho các mức dư thông thường + I η = 1 cho các thiết kế thông thường + η = D η . R η . I η = 1 > 0,95 1.1.4.2. Tải trọng tác dụng: + Tấm thép 1: - T1 L = 1636 mm - V 1 = t.b.L = 8.130.1636 = 1701440 mm 3 = 0,0017014 m 3 + Tấm thép 2 : - A 2 = 105631mm 2 - V 2 = A 2 .t 2 = 105631.8 = 845048mm 3 = 0,000845 m 3 Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 13 Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu + Tấm thép đáy 3 : V 3 = 130.200.10 = 260000 mm 3 = 0,00026 m 3 + Thể tích của thanh lan can với chiều dài thanh lan can là 2900mm (hai thanh) V 4 = 2. ( ) 2 2 / 4. 100 90 .2900 π − = 4325350 mm 3 = 0,004325 m 3 + Thể tích của hai ống liên kết D = 88mm và d = 78mm, dày δ = 5mm và dài l = 150mm V 5 = 2. ( ) 2 2 / 4. 88 78 .150 π − = 390930 mm 3 = 0,000391 m 3 * Ta qui về tải trọng tác dụng lên cột lan can: Q c = (V 1 + V 2 +V 3 +V 4 + V 5 ). th γ = (1701440+845048+260000+4325350+390930).7,85.10 -5 = 590,54 N + Hoạt tải thiết kế gồm lực tập trung P = 890 N và ω = 0,37 N/mm phân bố trên chiều dài của thanh lan can ( th L ), qui về thành lực P lc tác dụng lên cột lan can như hình vẽ. + Tónh tải gồm trọng lượng bản thân phân bố dọc theo chiều dài cột lan can thay đổi dần từ trên xuống P lc = P + ω . th L = 890 + 0,37.2900 = 1963 N + Lực dọc tại mặt cắt chân cột lan can : - Lực dọc do tónh tải : N DC3 = Q c = 590.54 N - Lực dọc do hoạt tải : N LL = 2.P lc = 2.1963 = 3926 N + Momen tại mặt cắt chân cột lan can : M LL = 1963.700 + 1963.350 = 2061150 N.mm 1.1.4.3. Nội lực tại chân cột: + Nội lực tại mặt cắt chân cột lan can ở trạng thái giới hạn cường độ - Lực dọc : N u = η .( PL p γ .N LL + DC p γ .N DC3 ) = 1.(1,75.3926 + 1,25.590.54) = 7608,68 N - Momen : M u = η . PL p γ .M LL = 1.1,75.2061150 = 3607012,5 N.mm - Lực cắt : V u = η . PL p γ .2.P lc = 1.1,75.3926 = 6870,5 N.mm 1.1.4.4. Kiểm tra khả năng chòu lực của bulông tại chân cột: Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 14 Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu 8 184 8 61 x x 8661 130 200 Hình 1.7: Mặt cắt tại chân cột lan can + Diện tích tiết diện A = 130.8.2 + 184.8 = 3552 mm 2 + Momen quán tính của tiết diện đối trục x-x    ÷   3 3 2 130.8 8.184 I = +130.8.96 .2 + = 23333376 12 12 mm 4 + Bán kính quán tính = = I 23333376 r = 81,05 A 3552 mm + Sức chòu nén của trụ lan can: - Độ mảnh : K.L 0,875.700 = = 7,56 r 81.05 ≤ 22 Vậy cột làm việc theo cột ngắn, không cần xét độ ảnh hưởng của hệ số khuếch đại mômen. Trong đó: +K = 0,875: hệ số độ dài hữu hiệu tương ứng với liên kết chốt ở hai đầu +L = 700 mm: chiều cao cột lan can +r = 81,05 mm: bán kính quán tính Dùng 4 bulông cường độ cao φ20 CT3 Diện tích tiết diện thân bulông (trừ giảm yếu do ren ) là : F = 314 2 mm Cường độ kéo nhỏ nhất của bulông : ub F = 830 Mpa Sức kháng cắt danh đònh của bulông ở trạng thái giới hạn cường độ Vì các đường ren bao gồm trong mặt phẳng cắt nên ta có: + n b ub s R 0,38.A .F .N = + b A - diện tích của bulông tương ứng với đường kính danh đònh , + b A = 314 mm 2 + ub F - cường độ kéo nhỏ nhất của bulông +N s - số lượng các mặt phẳng chòu cắt tính cho mỗi bulông , N s = 1 +R n = 0,38.314.830.1 = 99035,6 N Sức kháng kéo danh đònh của bulông ở trạng thái giới hạn cường độ Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 15 Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu + n b ub T 0,76.A .F= + b A là diện tích của bulông tương ứng với đường kính danh đònh + ub F là cường độ kéo nhỏ nhất của bulông + n T 0,76.314.830= = 198071,2 N Lực cắt tác dụng lên 1 bulông : P u-1 = P u / 4 = 6870,5/4 = 1717,63 N < R n = 99035,6 N Lực kéo tác dụng lên 1 bulông : 1 2 . . = ∑ u k M l N m li 1 l là khoảng cách giữa 2 dãy bulông ngoài cùng, 1 l = 100 mm m là số bulông trên 1 dãy , m = 2 N k = 2 3607012,5 .100 2.100 = 18035,06 N < T n = 198071,2 N Vậy bulông đảm bảo khả năng chòu lực 1.2.THIẾT KẾ LỀ BỘ HÀNH 1.2.1. Sơ đồ tính: PL = 3 N/mm DL = 2.5 N/mm Hình 1.8: Sơ đồ tính toán bản lề bộ hành + Chiều dày bản lề bộ hành : 100 mm + Chiều dài nhòp tính toán : L tt = 1200 mm + Tải trọng người bộ hành tác dụng lên bản lấy bằng 3 kPa = 3.10 -3 N/mm 2 Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 16 Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu * Xét 1 đơn vò chiều dài theo phương dọc cầu để tính toán, lấy bề rộng là 1000 mm + Tải trọng người bộ hành : PL = 3.10 -3 .1000 = 3 N/mm + Tải trọng bản thân tác dụng lên bản lề bộ hành: DL = c .Aγ Trong đó A là diện tích mặt cắt ngang theo phương dọc cầu - A = t bh .1000 = 100.1000 = 100000 mm 2 - c γ = 2500 kg/m 3 = 25.10 -6 N/mm 3 - t bh – bề dầy bản - DL = 25.10 -6 .100000 = 2,5 N/mm Chọn các hệ số tải trọng - D η = 1 cho các thiết kế thông thường - R η = 1 cho các mức dư thông thường - I η = 1,05 cầu quan trọng - η = D η . R η . I η = 1.1.1.05 = 1,05 > 0,95 + Momen tại giữa nhòp ở trạng thái giới hạn cường độ : M u = η .( DL p γ .DL + PL p γ .PL ). 2 tt L /8 = 1,05.(1,25.2,5 + 1,75.3).1200 2 / 8 = 1582875 N.mm + Momen tại giữa nhòp ở trạng thái giới hạn sử dụng : M s = η .( DL p γ .DL + PL p γ .PL). 2 tt L /8 = 1.(1.2,5 + 1.3).1200 2 /8 = 990000 N.mm Ta lấy momen tại giữa nhòp của dầm giản đơn để thiết kế cốt thép 1.2.2. Tính toán cốt thép: Chiều cao tiết diện : h = 100 mm Chiều rộng tiết diện : b = 1000 mm Cấp bêtông ' c f = 30 MPa = 30 N/mm 2 Cường độ chảy của cốt thép y f = 280 N/mm 2 Chọn chiều dày lớp bêtông bảo vệ 20 mm Chọn thép φ 10 Chiều cao có hiệu của mặt cắt : d s = h – 2 - φ /2 = 100 – 20 – 10/2 = 75 mm Chọn hệ số sức kháng : φ = 0,9 Chiều dày của khối ứng suất tương đương : a = d s - 2 u s ' c 2.M d .0,85.f .b − φ = 75 - 2 2.1582875 75 0,9.0,85.30.1000 − = 0,925 mm Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 17 Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu 1 β - hệ số qui đổi vùng nén ' c f = 30 MPa nên ( ) ' 1 c 0,05 0,85 f 28 7 β = − − = 0,836 Chiều cao trục trung hoà: c = a/ 1 β = 0,925 / 0,836 = 1,107 mm Tính giá trò c/d s = 1,107 / 75 = 0,015 < 0,42 Diện tích cốt thép A s = ' c y 0,85.f .a.b f = 0,85.30.0,925.1000 280 = 84.24 mm 2 Hàm lượng cốt thép: s s A b.d ρ = = 84,24 1000.75 = 0,00112 Hàm lượng thép tối thiểu: ' c min y f 0,03. f ρ = = 30 0,03. 280 = 0,0032143 Vì ρ < min ρ nên lấy ρ = min ρ để tính toán diện tích cốt thép s A = min ρ .b .h = 0,0032.1000.100 = 321,43 mm 2 Chọn 10φ a200 để bố trí cốt thép chòu momen dương của bản lề bộ hành Bố trí cốt thép chòu momen âm cũng như momen dương Kiểm tra lại điều kiện c/d s < 0,42 Với cốt thép đã bố trí trong phạm vi 1m bố trí được 6 thanh 10φ s A = 6.π.10 2 /4 = 471,24 mm 2 Ta tính lại: s y ' c A .f a 0,85.f .b = 471,24.280 0,85.30.1000 = = 5,1744 mm Tính lại chiều cao trục trung hoà: c = a/ 1 β = 5,1744 / 0,836 = 6,19 mm Tính giá trò c/d s = 6,19 / 75 = 0,0825 < 0,42 (thỏa) 1000 200 100 20 Hình 1.9: Bố trí cốt thép bản lề bộ hành Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 18 Đồ án cầu bê tông GVHD:Th.s.Mai Lựu 1.2.3. Kiểm tra ở trạng thái giới hạn sử dụng: + Momen tác dụng ở trạng thái giới hạn sử dụng là : M s = 990000 N.mm + Diện tích cốt thép chòu kéo : s A = 471,24 mm 2 + Chiều cao có hiệu của mặt cắt : s d = 75 mm Giả sử dầm đặt trong điều kiện khí hậu bình thường nên có Z = 30000 N/mm Diện tích trung bình của bêtông bọc quanh 1 cây thép chòu kéo - A = Ae/n = {(20 + 10/2).2}.1000/5 = 10000 mm 2 - Ae – diện tích bêtông bọc quanh nhóm thép chòu kéo - n – số lượng cốt thép nằm trong vùng kéo Ứng suất cho phép trong cốt thép : 1/3 sa c f = Z/(d .A) = 1/ 3 30000 /(25.10000 ) = 476,22 MPa > 0,6. y f = 0,6.280 = 168 MPa Lấy sa f = 0,6. y f = 168 MPa Môđun đàn hồi của cốt thép thường : s E = 200000 MPa Môđun đàn hồi của bêtông : c E = 1.5 ' c c 0,043. . fγ với c γ = 2500 kg/m 3 = 1.5 0,043.2500 . 30 = 29440 MPa Tỷ số mun đàn hồi : n = s E / c E = 200000/29440 = 6,793 b M x 0 - 0 ds dc Hình 1.10: Sơ đồ tính Lấy momen đối với trục 0 – 0: bx 2 /2 = n.A s .d s – n.A s .x + Bề rộng bêtông chòu nén : x = mm An bd b An s ss 944,181 24,471.793,6 1000.75.2 1. 1000 24,471.793,3 1 . 2 1. . =       −+=       −+ Momen quán tính của tiết diện đối với trục 0 - 0: 3 2 cr s s I b.x / 3 n.A .(d x)= + − = 1000.18,944 3 /3 + 6,793.471,24.(75 – 18,944) 2 = 12325018,5 mm 4 + Ứng suất trong bêtông tại trọng tâm cốt thép : Chương 1: Lan can và Lề bộ hành SVTH: Hồ Ngọc Ánh Trang 19 [...]... bộ như m t bản kê trên hệ dầm m t cầu Ngoài ra bản còn là cánh trên của dầm T, dầm hộp nên còn tham gia chòu nén hoặc kéo khi chòu uốn t ng thể của cầu Trong cầu b t ng c t thép bản m t cầu thường làm bằng bê t ng, bê t ng dự ứng lực, đúc t i chỗ hoặc lắp ghép 2.2.CẤU T O BẢN M T CẦU + Chiều dày bản m t cầu: 190 mm, γc = 2,5 T/ m3 + Chọn lớp phủ m t cầu gồm các lớp sau: - Lớp b t ng Atphalt dày 70 mm... 2.5 T NH TOÁN BẢN KỀ BẢN HẪNG Phương chòu lực là phương ngang cầu T nh cho 1m dài của bản theo phương dọc cầu Phần bản m t cầu chòu t i trọng cục bộ nằm trong khoảng cách giữa 2 t m của thành bên hộp Ta xem bản m t cầu như dầm liên t c được t a trên các gối t a Chương 1: Lan can và Lề bộ hành Trang 27 SVTH: Hồ Ngọc Ánh Đồ án cầu bê t ng GVHD:Th.s.Mai Lựu Để đơn giản trong t nh toán, khi t nh toán cho... t nh theo hai bước: - T nh bản chòu lực theo sơ đồ bản loại dầm hai cạnh - T nh bản chòu lực theo sơ đồ dầm congxon Sau đó các k t quả t nh toán sẽ được so sánh với nhau làm căn cứ t nh duy t m t c t và chọn c t thép Chương 1: Lan can và Lề bộ hành Trang 25 SVTH: Hồ Ngọc Ánh GVHD:Th.s.Mai Lựu 190 100 Đồ án cầu bê t ng 1590 1300 16 625 435 435 1060 1266 435 2136 Hình 2.1: T nh toán Bản m t cầu 2.4 T NH... M t cầu là bộ phận trực tiếp chòu t i trọng giao thông và chủ yếu quy t đònh ch t lượng khai thác của cầu vì vậy m t cầu cần bằng phẳng, đủ độ nhám, đảm bảo tho t nước, khai thác thuận tiện, t hư hỏng nh t và an toàn t i đa cho các phương tiện tham gia giao thông Bản m t cầu là k t cấu có dạng bản kê trên hệ dầm m t cầu gồm các dầm chủ, dầm ngang và dầm dọc phụ, vì vậy bản m t cầu chủ yếu làm việc... Trong trường hợp t nh cho bó vỉa thì Mb = 0 T nh sức kháng uốn của thép ngang trên toàn chiều cao của bó vỉa Ta đi t nh bài toán t nh khả năng chòu lực của bài toán c t đơn ti t diện chữ nh t 1.3.2.1 Xác đònh MWH: Sức kháng uốn của t ờng đối với trục thẳng đứng phụ thuộc vào c t thép ngang trong t ờng ở đây ta x t toàn bộ chiều cao của t ờng + Ti t diện t nh toán có kích thước - b = 300 mm - h = 200 mm... bản dầm cho đáy trên Φ12a200mm và đáy dưới Φ12a200mm Ta chỉ tiến hành kiểm toán Momen t nh toán âm của phần hẫng : M u = -8196673,25 N.mm Chương 1: Lan can và Lề bộ hành Trang 38 SVTH: Hồ Ngọc Ánh Đồ án cầu bê t ng GVHD:Th.s.Mai Lựu Do momen t nh toán M > M u nên chắc chắn kiểm toán về cường độ thoả mãn 2.8.4 T nh toán thép phân bố dọc cầu: Vì bản làm việc theo phương ngang cầu nên ta đ t c t thép... lực + T i trọng trục t c dụng lên dầm ngang:do ξ