Thiết kế kết cầu bê tông dự ứng lực nhịp giản đơn đường ô tô với tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 272 05, hoạt tải HL93, chiều dài nhịp 27m, khổ cầu 12m,căn sau

Cầu Bê Tông Cốt Thép F1 Thiết kế môn học Mơc lơc PhÇn 1: Néi dung thut minh Chän tiết diện mặt cắt dầm chủ 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chđ ChiỊu cao kÕt cÊu nhÞp tèi thiĨu (A2.5.2.6.3-1) Xác định chiều rộng cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6) 3.1 Đối với dầm 3.2 Đối với dầm biên Tính toán mặt cầu 4.1 Phơng pháp tính toán nội lực mặt cầu 4.2 Xác định nội lực mặt cầu tĩnh tải 4.3 Xác định nội hoạt tải ngời 4.4 Vật liệu thiết kế cho mặt cầu 4.5 Tính toán cốt thép chiu lực Tính toán nội lực dầm chủ tĩnh tải 5.1 Tĩnh tải rải lên dầm chủ 5.2 Các hệ số cho tĩnh tải p (Bảng A.3.4.1-2) 5.3 Xác định nội lực Nội lực dầm chủ hoạt tải 6.1 Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo 6.2 Tính toán hệ số phân phối tải trọng ngời 6.3 Xác định nội lực Các đặc trng vật liệu cho dầm chủ 7.1 Thép 7.2 Bêtông Chọn bố trí cáp dự ứng lực 8.1 Chọn cáp dù øng lùc 8.2 Bè trÝ c¸p dù øng lùc 8.3 Tính tính đặc trng hình học Tính toán mát ứng suất 9.1 Xác định số thông số cho bó cáp 9.2 Mất mát ma s¸t ∆fpF 9.3 MÊt m¸t tơt neo 9.4 Mất mát ứng suất co ngắn đàn hồi SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43 Thiết kế môn học Cầu Bê Tông Cốt Thép F1 9.5 MÊt m¸t øng suÊt co ngãt (A.5.9.5.4.2) 9.6 MÊt m¸t øng suÊt tõ biÕn 9.7 MÊt m¸t d·o thÐp øng st tríc 10 KiĨm to¸n theo - Trạng thái giới hạn cờng độ I 10.1 Kiểm toán Cờng độ chịu uốn 10.2 Kiểm tra hàm lợng cốt thép ứng suất trớc 10.3 Tính cốt đai kiểm toán cắt theo trạng thái giới hạn CĐ1 11 Tính toán dầm ngang 11.1 Nội lực tải trọng cục (hoạt tải) gây 11.2 Nội lực tải trọng phân bố (tĩnh tải) 11.3 Bố trí cốt thép 11.4 Duyệt cờng độ kháng uốn 11.5 Duyệt cờng độ kháng cắt 12 Tính độ võng cầu 12.1 Tính độ võng lực DƯL 12.2 Tính độ võng tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải) 12.3 Tính độ võng tức thới hoạt tải có xét lực xung kích Phần 2: vẽ kỹ thuật (Bản vẽ khổ A1) SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43 Thiết kế môn học Cầu Bê Tông Cốt Thép F1 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép f1 I Néi dung thiÕt kÕ: - ThiÕt kÕ kÕt cấu nhịp cầu BTDUL giản đơn đờng ô tô Các sè liƯu thiÕt kÕ: - Tiªu chn thiÕt kÕ: 22TCN 272-05 - Hoạt tải tiêu chuẩn: HL93, Tải trọng ngời 300 Kg/m2 - Chiều dài nhịp:27 m - Khỉ cÇu K8+2 x 2,0 m - Dù øng lùc căng sau - Loại cốt thép dự ứng lực: 12K15 - Có dầm ngang - Mặt cắt chữ I liên hợp BT *Vật liệu sử dụng: - Bêtông dầm chủ mác 400 có tiêu sau: + fc = 45 Mpa + γc = 24 KN/m3 + Ec = 36056,596 Mpa + HÖ sè poisson = 0,2 - Bêtông mặt cầu mác 400 có tiêu sau: + fc’ = 40 Mpa + Ec = 33994,48 Mpa - Líp phđ cã: γc = 22,5 KN/m3 - Cèt thÐp D¦L cã: + fy = 420 Mpa + Es = 200000 Mpa II + γc = 24 KN/m3 + HÖ sè poisson = 0,2 + Ep = 197000 Mpa + DiÖn tÝch tao = 98,7 mm2 ThiÕt kế cấu tạo mặt cắt ngang cầu: + Chiều dài tính toán: Ltt - Ltt=Ltoàn nhip 2a = 27 - ì 0.4=26.2 m Trong đó: a khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối, chọn a=40 cm + Số lợng khoảng cách dầm chủ: - Chiều rộng phần xe chạy B1= m, chiều rộng vỉa hè B3=1.5 m SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43 Thiết kế môn học Cầu Bê Tông Cốt Thép F1 - Chọn dạng bố trí lề ngời mức, dùng gờ chắn rộng B2=25 cm Cét lan can réng B4 = 25 cm ⇒ Chiều rộng toàn cầu: B=B1+2(B2+B3+B4) = 900+2(25+100+25)= 1300 cm - Chọn số lợng dầm chủ Nb= 6, khoảng cách tim dầm chủ 210 cm, khoảng cách từ tim dầm biên đến mép 125 cm + Chọn mặt cắt ngang dầm chủ Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với kích thớc sau: - Chiều cao toàn dầm tối thiểu thông thờng theo bảng 2.5.2.6.3-1( Tiêu chuẩn 22TCN 272-05): H =0.045 Ltt=0.045 ì 32.2=1.449 m Chọn H=1600mm - Chiều dày sờn dầm mặt cắt nhịp 200mm - Chiều cao toàn dầm: 1600mm - Chiều dày sờn dầm: 200mm - ChiỊu réng bÇu dÇm: 600mm - ChiỊu cao bÇu dÇm: 180mm - ChiỊu cao vót cđa bơng bÇu dÇm: 170 mm - Chiều rộng cánh dầm: 500mm - Phần gờ đỡ bêtông đổ trớc: 40mm (mỗi bên) Các kích thớc khác nh hình vẽ: Dầm ngang: - Bố trí dầm ngang vị trí: gối cầu, L/4, L/8, L/2 (5 mặt cắt) Số lợng dầm ngang: Nn=(Nb-1) ì 7= ì = 35 dầm SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43 Cầu Bê T«ng Cèt ThÐp F1 ThiÕt kÕ m«n häc - ChiỊu cao dÇm ngang: Hn=1600 -180 - 40=1380 mm=1.38 m BỊ rộng dầm ngang: bn=20 cm Chiều dài dầm ngang: ln=220 cm Bản mặt cầu: - Chiều dày trung bình mặt cầu: hf=20 cm Lớp bê tông atphalt: t1=0.07 m Lớp bê tông phòng nớc: t2=0.004 m Bố trí chung mặt cắt ngang cầu: III Vật liệu đặc trng hình học Vật liệu: - Bê tông dầm: + fc1’ = 50 Mpa + HÖ sè poisson = 0,2 - Bê tông mặt cầu: + fc2 = 40 Mpa - + γc = 25 KN/m3 Líp phđ cã: γc = 22,5 KN/m3 Cèt thÐp D¦L: 12K15 + γc = 25 KN/m3 + Mô đun đàn hồi Ep = 197000 Mpa + DiÖn tÝch tao = 140 mm2 + Giới hạn chảy fpu=1860 Mpa - Cốt thép thờng có SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43 Cầu Bê Tông Cốt Thép F1 Thiết kế môn học + Mô đun đàn hồi Es = 200000 Mpa + fu = 620 MPa, fy = 400 MPa Xác định chiều rộng cánh hữu hiệu (Theo điều 4.6.2.6.1) 2.1 Đối với dầm giữa: - Bề rộng cánh hữu hiệu lấy giá trị nhỏ + 1/4 chiều dài nhịp = 32.2 = 8.05 m=8050 mm + 12 lần độ dày trung bình cộng với số lớn bề dày bụng dầm 1/2 bề rộng cánh dầm 200 = 2650 mm 500 / =12 ì 200+ max + Khoảng cách trung bình dầm kề S= 2100 mm Bề rộng cánh hữu hiệu 2100 mm 2.2 Đối với dầm biên: - Bề rộng cánh dầm hữu hiệu đợc lấy 1/2 bề rộng hữu hiệu dầm kề bên (=2100/2=1050 mm) cộng thêm trị số nhỏ + 1/8 chiều dài nhịp tÝnh to¸n = 32200 = 4025 mm + lần chiều dày trung bình cộng với số lớn 1/2 độ dày bụng 1/4 bề rộng cánh dầm 200 = 1400 mm 500 / =6 × 200+ max  + BỊ réng phÇn hÉng =1250 mm ⇒ Bề rộng cánh hữu hiệu 1050+1250=2300 mm Kết luận: Bề rộng cánh dầm hữu hiệu Bảng Dầm (bi) 2100 mm Dầm biên (be) 2300 mm Xác định đặc đặc trng hình học mặt cắt dầm I cha liên hợp: SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43 Cầu Bê Tông Cốt Thép F1 Thiết kế môn học - 3.1 Mặt cắt gối: - Chọn gốc tọa độ mép dới mặt cắt, đặc trng hình học đợc tính bảng sau: + Ix,Io: mô men quán tính mặt cắt trục x qua mép dới dầm ®èi víi trơc trung hoµ cđa tiÕt diƯn + Yc: khoảng cách từ trục trung hoà mặt cắt tới trôc x Ai(cm2) Iox(cm4) Ix(cm4) 158.00 24016.00 202.67 3794730.667 6900.00 87.00 600300.00 10950300.00 63176400 1080.00 9.00 9720.00 29160.00 116640 21.25 Yc= Sx(cm3) 152.00 Tæng: Yx(cm) 19.42 412.60 12.54 8153.25 77.81542381 Id= 1.773E+07 3.2.Mặt cắt dầm: 634448.60 8023.940972 6.710E+07 cm cm4 - Chọn gốc tọa độ mép dới mặt cắt, đặc trng hình học đợc tính bảng sau: + DiÖn tÝch tiÕt diÖn: A= Σ Ai (cm2) SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43 Cầu Bê Tông Cốt Thép F1 Thiết kế môn học + Mô men tĩnh tiết diện trục x qua đáy dầm: S= Ai ì yx (cm3) + Mô men quán tính trục trung hoà: Id=Ix-A ì Y2c (cm4) Cao Rộng Ai Yx Sx Iox Ix (cm) (cm) cm2) (cm) (cm3) (cm4) (cm4) 4.00 38.00 152.00 158.00 24016.00 202.7 Cánh 12.00 50.00 600.00 150.00 90000.00 7200.0 13507200.0 Vót trªn 12.00 15.00 180.00 140.00 25200.00 1800.0 3529800.0 Sên 126.00 20.00 Vót díi 17.00 20.00 Bầu dầm 18.00 60.00 Tổng: 160.00 Gờ 2520.00 340.00 1080.00 3794730.7 81.00 204120.00 3333960.0 19867680.0 23.67 8046.67 6422.2 196860.0 9.00 9720.00 29160.0 116640.0 4872.00 361102.667 41012910.7 Yc =74.11795293 cm Io = 14248720.22 cm4 3.3 Mặt cắt cách gối 0.72 H=0.72 ì (1600+200)= 1296 mm Trong H chiều cao mặt cắt đà qui đổi - Tơng tự nh ta có bảng đặc trng hình học mặt cắt 0.72 H nh sau: + Diện tích tiÕt diƯn: A= Σ Ai (cm2) + M« men tÜnh tiết diện trục x qua đáy dầm: S= Ai ì yx (cm3) + Mô men quán tính trục trung hoà: Id=Ix-A ì Y2c (cm4) Cao Ai Yx Sx Iox Ix (cm) Gê trªn Réng (cm) cm2) (cm) (cm3) (cm4) (cm4) 38.00 152.00 158.00 24016.00 202.7 50.00 600.00 150.00 90000.00 7200.0 13507200.0 53.27 141.82 7554.75 78.8 1071523.5 81.00 315814 5158303 30739274.5 21.35 2544.57 394.4 54732.9 9.00 9882.00 29646.0 118584.0 4.00 Cánh 12.00 Vút trªn 6.528 8.16 Sên 126.00 30.94 Vót díi 10.06 11.84 Bỗu dầm 18.00 61.00 Tổng: 160.00 Yc= SV: Nghiêm Xuân B»ng 3898.94 119.16 1098.00 5921.37 449811.79 3794730.7 49286045.6 75.96413818 cm Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43 Cầu Bê Tông Cèt ThÐp F1 ThiÕt kÕ m«n häc 15116480.88 cm4 Io= IV Hệ số tải trọng: Hệ số làn: - Sè lµn thiÕt kÕ: nlan=[9/3.5] =2 lµn HƯ sè lµn: mlan=1 Hệ số phân bố ngang cho hoạt tải mô men dầm giữa: - Tham số độ cứng dọc: Kg=n (Id+A ì eg2) mm4 Trong đó: n= Eb Ed Eb: Mô đun đàn hồi vËt liƯu dÇm Eb=0,043* γ 1, c f c, =38006.989Mpa Ed: Mô đun đàn hồi vật liệu mặt cầu Ed= = 33994.485Mpa Vậy n=1.118 Id=1.8839.1011 mm4: Mô men quán tính chống uốn tiết diện dầm chủ ( không tính mặt cầu) trục trung hoà eg: Khoảng cách từ tâm bê tông đến tâm dầm chủ; eg = 892,026 mm Kg=n (Id+A × eg2) - Kg = 1,118.[1.8839.1011+487200.(892,026)2] = 5.09858.1011 (mm4) Kiểm tra phạm vi áp dụng: + 1100 mm Tho¶ m·n d e 1490 Vậy mặt cắt nhịp thoả mÃn hàm lợng thép tối đa + Lợng cốt thép tối thiểu : Mr > ( 1,2Mcr, 1,33Mu) (Điều A,5.7.3.3.2) (bảng 23 24) SV: Nghiêm Xuân Bằng Lớp Cầu Đờng Bộ B -K43 46 Cầu Bê Tông Cốt Thép F1 Thiết kế môn học Trong đó: Mcr : Sức kháng nứt đợc xác định sở phân bố phân bố ứng suất đàn hồi cờng độ chịu kéo uèn, fr (A.5.4.2.6) M cr = Ig yt fr fr = 0.63 f c' = 4.4548Mpa Ig : m« men quán tính mặt cắt nguyên trọng tâm không tính cốt thép (5.7.3.6.2) Mặt cắt Gối 0.72H 1.5m L/4 L/2 fr Mpa 4.4548 4.4548 4.4548 4.4548 Ig mm4 1.779E+11 1.513E+11 1.427E+11 1.440E+11 1.468E+11 yt (mm) 818.595 838.056 856.021 867.012 1.2Mcr KN.m 1.162E+03 9.653E+02 8.909E+02 8.876E+02 8.990E+02 ΦMn KN.m 5245.1987 6094.759025 6640.591065 11147.807 13493.86038 Đạt Đạt Đạt Đạt kết 4.4548 872.811 Đạt Vậy mặt cắt nhịp thoả mÃn hàm lợng thép thiểu 10.3 Tính cốt đai kiểm toán cắt theo trạng thái giới hạn CĐ1: Công thức tính sức kháng cắt Vr = Vn Trong : = Hệ số sức kháng quy định Điều (A.5.5.4.2), = 0.9 Vn = sức kháng cắt danh định quy định Điều (A.5.8.3.3) Sức kháng cắt danh định phải đợc xác định trị số nhỏ : Vn = Vc + Vs + VP Vn = 0.25f'cbvdv + VP - TÝnh VP: VP =Thành phần lực ứng suất trớc có hiệu hớng lực cắt tác dụng dơng ngợc chiỊu víi lùc c¾t (N) VP = (Pe)sinα (α gãc hợp phơng nằm ngang hớng cáp),Vp>0 ngợc chiều với lực cắt Do cách bố trí cốt thép DƯL cong nên gây lực cắt cho dầm(Vp