Hướng dẫn thiết kế dầm I 33m DUL căng sau của trường ĐH GTVT thiết kế theo 22TCN272-05
Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 1 Nhiệm vụ thiết kế Thiết kế 1 cầu Bê tông cốt thép DƯL Các số liệu cho trớc Dầm I, chiều dài toàn dầm L=21m, kết cấu kéo sau Khổ cầu K8+2x1,5m Tải trọng thiết kế: HL93 Bó cốt thép DƯL: Bó 7 tao 12,7 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 2 Phần 1: Nội dung thuyết minh 1 Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu Tổng chiều dài toàn dầm là 21 mét, để hai đầu dầm mỗi bên 0,3 mét để kê gối. Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 20,4 mét. Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bêtông có f c =45MPa, bản mặt cầu có chiều dày 20cm, đợc đổ tại chỗ bằng bêtông f c =40MPa, tạo thành mặt cắt liên hợp. Trong quá trình thi công, kết hợp với thay đổi chiều cao đá kê gối để tạo dốc ngang thoát nớc. Lớp phủ mặt cầu gồm có 3 lớp: lớp phòng nớc có chiều dày 0,5cm,, lớp bêtông Asphalt trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao các gối cầu. 2500 2500 2500 2500 11000 12000 Kho ảng cách giữa các dầm chủ S=2500 mm Giữa phần xe chạy và lề ngời đi phân cách bằng giải phân cách mềm 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với các kích thớc sau: - Chiều cao toàn dầm: 1250cm - Chiều dày sờn dầm: 20cm - Chiều rộng bầu dầm: 60cm - Chiều cao bầu dầm: 25cm - Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 20cm - Chiều rộng cánh dầm: 80cm - Phần gờ dỡ bản bêtông đổ trớc: 10cm mỗi bên Các kích thớc khác nh hình vẽ: Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 3 80120100500200 1250 600 200 600 800 250 600 600 800 80120 1250 Mặt cát dầm chủ Mặt cắt tại gối (Mở rộng sờn dầm) 2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) Yêu cầu h min =0,045L trong đó L: Chiều dài nhịp tính toán L=20400mm h min : chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp k cả bản mặt cầu, h min =1250+200=1450mm suy ra 0,045L=0,045.20400=918mm< h min Thỏa mn 3 Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A4.6.2.6) 3.1 Đối với dầm giữa Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của + 1/4 chiều dài nhịp (= 5100 4 20400 = ) + 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm =12.200+max 2/600 200 =2700 + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (= 2500)- Khống chế Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 4 3.2 Đối với dầm biên Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm kề trong(=2500/2=1250) cộng trị số nhỏ nhất của + 1/8 chiều dài nhịp hu hiệu(= 2550 8 20400 = ) + 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản bụng hoặc 1/4 bề dày bản cánh trên của dầm chính =6.200+max 4/600 2/200 =1350 + Bề rộng phần hẫng(= 1000) Khống chế Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Bảng 3 Dầm giữa (b i ) 2500 mm Dầm biên (b e ) 2250 mm 4. Tính toán bản mặt cầu 12000 11000 250025002500 25001000 1000 0 1 2 3 4 b da c e 4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng theo Điều 4.6.2(AASHTO98). Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các dầm 4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực Theo Điều 4.6.2.1 : Khi áp dụng theo phơng pháp giải phải lấy mô men dơng cực trị để đặt tải cho tất cả các vùng có mô men dơng, tơng tự đối với mô men âm do đó Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 5 ta chỉ cần xác định nội lực lớn nhất của sơ đồ. Trong dầm liên tục nội lực lớn nhất tại gối và giữa nhịp. Do sơ đồ tính là dầm liên tục 3 nhịp đối xứng, vị trí tính toán nội lực là: a, b, c, d, e nh hính vẽ. Theo Điều 4.6.2.1.6: Các dải phải đợc coi nh các dầm liên tục hoặc dầm giản đơn. chiều dài nhịp phải đợc lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện đỡ. Nhằm xác định hiệu ứng lực trong các dải , các cấu kiện đỡ phải đợc giả thiết là cứng vô hạn . Các tải trọng bánh xe có thể đợc mô hình hoá nh tải trọng tập trung hoặc nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc đợc chỉ trong điều 3.6.1.2.5 cộng với chiều cao của bản mặt cầu. . ở đồ án này coi các tải trọng bánh xe nh tải trọng tập trung. Xác định nội lực do tĩnh tải Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo Bảng 3.5.1.1AASSHTO Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rải đều do TTBT của bản mặt cầu, TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lancan tác dụng lên phần hẫng. Đối với tĩnh tải, ta tính cho 1 mét dài bản mặt cầu Thiết kế bản mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải đêu do TTBT bản mặt cầu: g DC(bmc) =200.1000.24.10 -6 =4,8 KN/m Thiết kế lớp phủ dày 75mm, tĩnh tải rải đều do TTBT lớp phủ: g DW =75.1000.22,5.10 -6 =1,665 KN/m Tải trọng do lan can cho phần hẫng: Thực chất lực tập trung quy đổi của lan can không đặt ở mép bản mặt cầu nhng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt ở mép. g DC(Lan can) =7,456 KN/m (Xem phần 5.1) + Để tính nội lực cho các mặt cắt b, c, d, e ta vẽ đờng ảnh hởng của các mặt cắt rồi xếp tải lên đơng ảnh hởng. Do sơ đồ tính toán bản mặt cầu là hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta sẽ dùng chơng trình Sap2000 để vẽ và tính toán. + Công thức xác định nội lực tính toán: Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 6 M U = ( P .M DC1 + P M DC2 + P M DW ) : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác xác định theo Điều 1.3.2 = i D R 0.95 Hệ số liên quan đến tính dẻo D = 0.95 (theo Điều 1.3.3) Hệ số liên quan đến tính d R = 0.95(theo Điều 1.3.4) Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác i = 1.05 (theo Điều 1.3.5) = 0.95 p : Hệ số tĩnh tải (Bảng A3.4.1-2) Loại tải trọng TTGH Cờng độ1 TTGH Sử dụng DC: Cấu kiện và các thiết bị phụ 1,25/0,9 1 DW: Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,5/0,65 1 4.2.1 Nôi lực mặt cắt a Mômen tại mặt cắt a là mômen phần hẫng. Sơ đồ tính dạng công xon chiu uốn Lớp phủ Bản mặt cầu Lan can 1000 500 M a = ]10.25,1.1000 10.2 5,1.500.500. 10.2 1000.1000. .[. 3 )( 6 Ư 6 )( ++ lcncanDCp WD p bmcDC p g g g Trong THGH CĐ1 M a = ]10.25,1.1000.7465,0 10.2 5,1.500.500.665,1 10.2 25,1.1000.1000.8,4 .[95,0 3 6 6 ++ =16,059 KNm Trong THGH SD M a = ]10.1.1000.7465,0 10.2 1.500.500.665,1 10.2 1.1000.1000.8,4 .[95,0 3 6 6 ++ =12,764 KNm Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 7 4.2.2 Nội lực mặt cắt b Đờng ảnh hởng Mb + - Để tạo ra ứng lực lớn nhất tĩnh tải, trên phần Đah dơng ta xếp tĩnh tải với hệ số lớn hơn 1, trên phần Đah âm ta xếp tĩnh tải với hệ số nhỏ hơn 1.Cụ thể xếp nh sau: - + Bm c Phủ Xếp tải lên phần Đ ah dơng Ph ủ - B m c + X ếp tải lên ph ần Đ ah âm M U = ( P .M DC1 + P M DC2 + P M DW ) Trên phần Đah dơng: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 1,25 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Với lớp phủ lấy hệ số p = 1,5 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Trên phâng Đah âm: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 0,9 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Với lớp phủ lấy hệ sô p = 0,65 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Sau khi giải sơ đồ bằng Sap2000 kết quả mô men M b trong bảng dới đây Bảng 4.2.2 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 8 THGH Cờng độ 1 THGH Sử dụng Phần Đah Bản mặt cầu Lớp phủ Bản mặt cầu Lớp phủ Dơng 3,534 1,4725 2,8272 0,981 Âm -0,4364 -0,2185 -1,52 -0,3325 1,986 1,1913 1,2313 0,3632 Tổng nội lực 3,0875 1,87435 4.2.3 Nội lực mặt cắt Mc - - + + Đờng ảnh hởng Mc Làm tơng tự nh trên , ta có bảng kết quả sau: Bảng 4.2.3 THGH Cờng độ 1 THGH Sử dụng Phần Đah Bản mặt cầu Lớp phủ Bản mặt cầu Lớp phủ Âm -4,085 -1,1865 -3,3288 -1,1543 Dơng 0,608 0,2025 0,912 0,1739 -3,3402 -1,5266 -2,4168 -0,9804 Tổng nội lực -4,8668 -3,3972 4.2.4 Nội lực mặt cắt d Đờng ảnh hởng Md + - - + Bảng 4.2.4 THGH Cờng độ 1 THGH Sử dụng Phần Đah Bản mặt cầu Lớp phủ Bản mặt cầu Lớp phủ Dơng 3,135 1,4953 2,508 0,8493 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 9 Âm -1,1903 -0,2879 -1,3224 -0,4427 1,9447 0,9225 1,1766 0,3966 Tổng nội lực 2,8667 1,5732 4.2.5 Nội lực mặt cắt e Đờng ảnh hởng Me - - + + - - Bảng 4.2.5 THGH Cờng độ 1 THGH Sử dụng Phần Đah Bản mặt cầu Lớp phủ Bản mặt cầu Lớp phủ Âm -4,047 -1,5894 -3,2376 -1,0602 Dơng 0,7799 0,1957 0,8664 0,3002 -3,2671 -1,3937 -2,3712 -0,76 Tổng nội lực -4,6608 -3,1312 4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ Tải trọng thiết kế dùng cho bản mặt cầu và quy tắc xếp tải á p dụng quy định của Điều 3.6.1.3.3 (AASHTO98) : Do nhịp của bản S=2500<4600mm phải đợc thiết kế theo các bánh xe của trục 145KN. Tải trọng bánh xe phải đợc giả thiết là bằng nhau trong phạm một đơn vị trục xe và sự tăng tải trọng bánh xe do các lực ly tâm và lực hm không cần đa vào tính toán bản mặt cầu. Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn (3.6.1.3.1) : + 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can: Khi thiết kế bản mút thừa Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 10 + 600mm tính từ mép làn xe thiết kế: Khi thiết kế các bộ phận khác Do cầu không có dải phân cách xe thiết kế có thể đi vào phần bộ hành Khi xếp xe lên đờng ảnh hởng sao cho gây ra hiệu ứng lực cực hạn cả âm và dơng Bề rộng dải tơng đơng :áp dụng Điều 4.6.2.1.3 Phần hẫng : SW = 1140 + 0,833X = X=1000-500-300=200mm SW=1140+0,083.200=1306,6 mm Mô men dơng M + : SW = 660 + 0,55S = 660+0,55.2500=2053 mm Mô men âm M : SW = 1220 + 0,25S =1220+0,25.2500=1845 mm Trong đó X = Khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (mm), X=200 mm S = Khoảng cách của trục cấu kiện đỡ SW = Bề rộng dải tơng đơng P = Tải trọng trục xe (N) Tải trọng bộ hành Theo Điều 3.6.1.5 lấy tải trọng ngời đi bộ 3x10 -3 Mpa và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế. 4.3.1 Nội lực do Truck Load Do TruckLoad và TendomLoad có khoảng cách 2 trục theo chiều ngang cầu nh nhau(1800mm) nhng TruckLoad có trục sau(145 KN) nặng hơn TendomLoad(110 KN) nên ta chỉ tính nội lực trong bản mặt cầu do TruckLoad. Vẽ Đờng ảnh hởng và xếp tải 300 x P [...]... hợp sau : + Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp v i hiệu ứng t i trọng l n thiết kế( HL93M) + Hiệu ứng của một xe t i thiết kế có cự ly trục bánh thay đ i nh trong i u 3.6.1.2.2 tổ hợp v i hiệu ứng của t i trọng l n thiết kế (HL93K) Đ i v i các mômen âm giữa các i m uốn ngợc chiều khi chịu t i trọng r i đều trên các nhịp v chỉ đ i phản lực g i giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe t i thiết kế. .. xe ôtô thiết kế v quy tắc xếp t i ( i u 3.6.1.3) Hoạt t i xe HL93 - Hoạt t i xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ (HL- 93) sẽ gồm một tổ hợp của : 32 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL + Xe t i thiết kế hoặc hai trục thiết kế + T i trọng l n thiết kế - Hiệu ứng lực của t i trọng l n thiết kế không xét lực xung kích - Quy tắc xếp t i (3.6.1.3) Hiệu ứng lực lớn nhất ph i đợc lấy theo giá trị... thoả m n i u kiện kiểm toán nứt ở trạng th i gi i hạn sử dụng 5 Tính toán n i lực dầm chủ do tĩnh t i T i trọng tác dụng nên dầm chủ Tĩnh t i : Tĩnh t i giai đoạn 1 DC1v tĩnh t i giai đoạn 2 (DC2+ DW) Hoạt t i gồm cả lực xung kích(IL+IM) : Xe HL 93 N i lực do căng cáp ứng suất trớc Ngo i ra còn các t i trọng: Co ngót, từ biến, nhiệt độ, lún, gió, động đất Trong khuôn khổ đồ án TKMH sinh viên không... bánh sau xe kia l 15000mm tổ hợp 90% hiệu ứng của t i trọng l n thiết kế ; khoảng cách giữa các trục 145KN của mỗt xe t i ph i lấy bằng 4300mm(HL93S) Các trục bánh xe không gây hiệu ứng lực lớn nhất đang xem xét ph i bỏ qua Chiều d i của l n xe thiết kế hoặc một phần của nó m gây ra hiệu ứng lực lớn nhất ph i đợc chất t i trọng l n thiết kế T i trọng ng i i bộ (PL) - T i trọng ng i i bộ 3 KN/m2 ( i u... ph i hoạt t i theo l n đ i v i lực cắt + Đ i v i dầm giữa (ASSHTO Bảng 4.6.2.2.3a-1): Một l n thiết kế chịu t i gv= 0,36 + S 7600 = 0,36 + 2500 7600 =0,689 Hai l n thiết kế chịu t i gv= 0,2 + S 2500 2500 S = 0,2 + =0,84 7600 10700 7600 10700 + Đ i v i dầm biên (AASHTO bảng 4.6.2.2.3b-1): 31 Khống chế 1000 1 1,08 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL Một l n thiết kế chịu t i Sử dụng quy... các t i trọng n y 5.1 Tĩnh t i r i đều lên 1 dầm chủ Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo bảng 3.5.1.1 AASHTO,giả thuyết tĩnh tĩnh t i phân bố đều cho m i dầm, riêng lan can thì một mình dầm biên chịu + T i trọng bản thân dầm DCdc Th nh phần tĩnh t i DC bên trên bao gồm to n bộ tĩnh t i kết cấu trừ tĩnh t i lớp mặt hao mòn dự phòng v t i trọng dự chuyên dụng Do mục đích thiết kế , 2 phần của tĩnh t i đợc... 4.6.2.2a-1) Hệ số phân bố hoạt t i đợc tính nh sau a Hệ số phân ph i hoạt t i theo l n đ i v i mô men uốn + Đ i v i dầm giữa (AASHTO bảng 4.6.2.2.2b-1): Một l n thiết kế chịu t i : 30 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 0, 4 0 ,1 0,3 0, 4 0,3 S S Kg 2500 2500 gm= 0,06 + 3 = 0,06 + 1 =0,488 Lt 4300 L s 4300 20400 Hai l n thiết kế chịu t i 0,6 0,1 0,2 0,6 0, 2 S S... dầm biên đợc chỉ ra trên hình vẽ ) 6.2 Tính toán hệ số phân ph i của t i trọng ng i i bộ Sử dụng phơng pháp đòn bẩy, tính cho cả mômen v lực cắt Coi t i trọng phân bố ng i l lực tập trung, suy ra g=0,9.1,5=1,35 2500 1000 1500 Vây hệ số phân ph i của hoạt t i v ng i i bộ: 0,9 1 Bảng 6.2 Dầm giữa Dầm biên Mô men uốn 0,676 0,864 Lựccắt 0,839 0,864 Ng i i bộ 1,35 1,35 6.3 Xác định n i lực Hoạt t i xe... bố trên 1,5m nên t i trọng r i đều của ng i i bộ l 3.1,5=4,5 KN/m v ph i tính đồng th i cùng hoạt t i xe thiết kế * Sơ đồ tính: Sơ đồ tính của dầm chủ l dầm giản đơn nên khoảng cách giữa các trục của xe t i thiết kế Truck đều lấy = 4,3 m * Cách xếp xe t i lên đờng ảnh hởng: Xếp xe sao cho hợp lực của các trục xe v trục xe gần nhất cách đều tung độ lớn nhất của đờng ảnh hởng 4,3m V i Truck 43(x+4,3)+145.x=145.(4,3-x)... cho tĩnh t i p (Bảng A3.4.1-2) Lo i t i trọng Bảng 5.2 TTGH Cờng độ1 TTGH Sử dụng DC: Cấu kiện v các thiết bị phụ 1,25/0,9 1 DW: Lớp phủ mặt cầu v các tiện ích 1,5/0,65 1 5.3 Xác định n i lực Ta tính toán n i lực dầm chủ t i 4 mặt cắt: MC giữa nhịp, MC 1/4 nhịp, MC cách g i 0,8m v MC g i Để xác định n i lực, ta vẽ đờng ảnh hởng cho các MC cần tính r i xếp tĩnh t i r i đều lên đờng ảnh hởng N i lực đợc . chỗ bằng bêtông f c =40MPa, tạo thành mặt cắt liên hợp. Trong quá trình thi công, kết hợp với thay đổi chiều cao đá kê gối để tạo dốc ngang thoát nớc. Lớp phủ mặt cầu gồm có 3 lớp: lớp phòng. A5.10.8 cốt thép cho các ứng suất co ngót và nhiệt độ phải đợc đặt gần bề mặt bê tông lộ ra trớc các thay đổi nhiệt độ hàng ngày. Đối với các cấu kiện mỏng hơn 1200mm diện tích cốt thép mỗi hớng không