Đồ án cầu BTCT ƯST chữ I căng sau

Hướng dẫn đồ án cầu BTCT 1 L=25m Số dầm chủ n=5 Chiều cao dầm h=1800mm Bản hs=200mm Khổ cầu B=11m Bản hẫn 1m

1 MC LC Chng 1. TIÊU CHUN THIT K, TÍNH CHT VT LIU VÀ TI TRNG S DNG TRONG THIT K 4 I. TIÊU CHUN THIT K 4 II. MC TIÊU THIT K 4 III. TI TRNG THIT K 4 1. Tnh ti: 4 2. Hot ti: 4 IV. VT LIU 4 1. Vt liu thép: 4 1.1. Thép ng sut trc: 4 1.2. Thép thng: 5 2. Vt liu bê tông: 5 Chng 2. THIT K BN MT CU 6 I. CU TO BN MT CU VÀ C IM LÀM VIC 6 1. Cu to: 6 2. c đim làm vic: 6 II. TRNG LNG CÁC B PHN 6 1. Lan can: 6 2. Lp bê tông nha: 7 3. Bn mt cu: 7 4. Bn hng: 7 III. XÁC NH NI LC DO TNH TI 7 1. Ni lc do bn mt cu (tr phn cánh hng): 9 2. Ni lc do trng lng bn hng: 9 3. Ni lc do trng lng lp ph mt cu: 10 4. Ni lc do lan can: 10 IV. XÁC NH NI LC DO HOT TI 10 1. Mô men dng ln nht do hot ti: 11 1.1 Trng hp 1: 11 1.2. Trng hp 2: 11 1.3. So sánh trng hp 1 và 2: 12 2. Mô men âm ln nht ti các gi  trong do hot ti: 12 2.1 Trng hp 1: 12 2.2. Trng hp 2: 13 3. Mô men âm do hot ti trên bn hng: 13 V. T HP NI LC BN: 14 1. Trng thái gii hn cng đ 1: 14 2. Trng thái gii hn s dng: 14 VI. CHN TIT DIN CT THÉP 15 1. Ct thép chu mômen dng: 16 2. Ct thép chu mômen âm: 16 3. Ct thép phân b: 17 4. Ct thép chng co ngót và nhit đ: 17 VII. KIM TRA NT THEO TTGH S DNG 17 1. iu kin kim tra: 17 2. Kim tra ct thép chu mômen dng: 18 2 3. Kim tra ct thép chu mômen âm: 19  4. B trí ct thép bn: (Xem bn v). 20 Chng 3. THIT K DM CH 21 I. CU TO KT CU NHP 21 II. TÍNH TOÁN XÁC NH NI LC DM CH 22 1. Xác đnh ni lc do tnh ti: 22 1.1. Xác đnh tnh ti cho mt dm ch: 22 1.1.1. Tnh ti giai đon 1 (g 1 ) - Giai đon cng kéo ct thép: 22 1.1.2. Tnh ti giai đon 2 (g 2 ) 22 1.1.3. Tnh ti giai đon 3 (g 3 ) 23 1.2. ng nh hng mômen, lc ct: 23 1.3. Tính toán ni lc do tnh ti gây ra: 23 1.3.1. Tính din tích đng nh hng ti các mt ct: 23 1.3.2. Ni lc do tnh ti (không h s): 24 2. Ni lc do hot ti: 24 2.1. H s phân phi hot ti: 24 2.1.1. Kim tra điu kin áp dng: 24 2.1.2. Chn dng mt ct ngang phù hp: 24 2.1.3. Tính tham s đ cng dc: 24 2.1.4. H s phân phi mômen: 26 2.1.5. H s phân phi lc ct: 28 2.1.6. Tng hp kt qu tính toán h s phân phi hot ti: 28 2.2. Ni lc do hot ti (không h s): 28 2.2.1. Mt ct 100 (gi): 28 2.2.2. Mt ct 105 (gia nhp): 29 2.2.3. Tng t tính M, V cho các mt ct 101, 102, 103 và 104 31 3. T hp ni lc theo các TTGH: 32 3.1. Trng thái gii hn cng đ 1: 32 3.2. Trng thái gii hn s dng: 33 III. TÍNH VÀ B TRÍ CT THÉP D NG LC 35 1. Tính ct thép: 35 2. B trí và un ct thép d ng lc: 35 2.1. B trí các bó thép nh hình v: 35 2.2. Tt c các bó đu un cong dng parabol bc 2: 36 2.3. Tính chiu dài và ta đ ca các bó ct thép: 36 2.3.1. Chiu dài 1 bó: 36 2.3.2. Ta đ y và H: 37 2.4. Tìm trng tâm ct thép d ng lc: 43 3. Tính đc trng hình hc tit din: 44 3.1. Mt ct 105 (gia nhp): 44 3.1.1. Giai đon 1: 44 3.1.2. Giai đon 2: 45 3.1.3. Giai đon 3: 46 3.2. Mt ct 100 (ti gi): 47 3.2.1. Giai đon 1: 47 3.2.2. Giai đon 2: 48 3.2.3. Giai đon 3: 49 3.3. Mt ct 101: 50 3 3.3.1. Giai đon 1: 50  3.3.2. Giai đon 2: 51 3.3.3. Giai đon 3: 51 3.4. Mt ct 102: 52 3.4.1. Giai đon 1: 52 3.4.2. Giai đon 2: 53 3.4.3. Giai đon 3: 54 3.5. Mt ct 103: 55 3.5.1. Giai đon 1: 55 3.5.2. Giai đon 2: 56 3.5.3. Giai đon 3: 56 3.6. Mt ct 104: 58 3.6.1. Giai đon 1: 58 3.6.2. Giai đon 2: 59 3.6.3. Giai đon 3: 59 4. Tính toán mt mát ng sut trong các bó cáp d ng lc: 61 4.1. Tính mt mát ng sut do ma sát gia bó cáp ng sut trc và ng bc: 61 4.2. Tính mt mát do thit b neo: 66 4.3. Tính toán mt mát do co ngn đàn hi: 66 4.4. Tính mt ma sát do co ngót: 67 4.5. Tính mt mát do t bin ca bêtông: 68 4.6. Tính mt mát do t chùng cáp: 69 5. Kim toán theo TTGH s dng: 70 5.1. Kim tra ng sut MC 105 (gia nhp): 70 5.1.1. Giai đon cng kéo ct thép (ngay sau khi đóng neo): 70 5.1.2. Giai đon khai thác (sau mt mát toàn b): 70 5.2. Kim tra ng sut ti mt ct gi (MC100): 71 5.2.1. Giai đon cng kéo: 71 5.2.2. Giai đon khai thác: 72 6. Kim tra theo TTGH cng đ 1: 72 6.1. Xác đnh b rng bn cánh có hiu tham gia làm vic cùng vi dm: 72 6.2. Quy đi tit din dm vi b rng bn cánh có hiu sang tit din tính toán: 73 6.3. Kim toán sc kháng un ti tit din gia nhp dm: 73 6.4. Kim tra hàm lng ct thép ti đa: 75 6.5. Kim tra hàm lng ct thép ti thiu: 76 6.6. Kim tra sc kháng ct ca tit din: 76 6.6.3. Gi thit  = 38,5 o , cotg = 1,257  Tính  x1 79 6.6.4. B trí ct đai trc ri kim tra: 79 7. Tính đ võng kt cu nhp: 81 7.1. Kim tra đ võng do hot ti: 81 7.2. Tính đ võng do tnh ti - lc cng trc và đ vng (ti MC105): 82 7.2.1.  võng do lc cng CT DUL: 82 7.2.2.  võng do trng lng bn thân dm (giai đon 1): 82 4 Chng 1. TIÊU CHUN THIT K, TÍNH CHT VT LIU VÀ TI TRNG S DNG TRONG THIT K I. TIÊU CHUN THIT K Tiêu chn thit k cu 22TCN 272 : 2005. II. MC TIÊU THIT K - Thit k phù hp vi đa s nhà thu, vi vt liu có sn trong vùng, trong nc. Các chi tit hp lý. - Công trình cu có tính thm m cao. - Cu có giá thành hp lý và phng pháp xây dng hin đi. - Kt cu yêu cu nh nht v duy tu bo dng. III. TI TRNG THIT K 1. Tnh ti: Ti trng bn thân kt cu và các b phn phi kt cu: Lan can, lp ph mt cu, thit b thoát nc, chiu sáng. 2. Hot ti: Xe ô tô HL-93 theo qui đnh  điu 3.6 [1] c th nh sau: ng lc ln nht ca hot ti xe HL-93 phi đc ly theo giá tr ln hn ca các trng hp sau: - Hiu ng c a xe hai trc thit k t hp vi ti trng làn thit k. - Hiu ng ca xe ti thit k t hp vi ti trng làn thit k. i vi mô men âm gia các đim un ngc chiu khi chu ti trng ri đu trên các nhp và ch đi vi vi phn lc gi gia thì ly 90% hiu ng ca hai xe ti thit k có khong cách trc bánh trc xe này cách trc bánh sau xe kia là 15 (m) t hp vi 90% hiu ng ca ti trng làn thit k; khong cách gia các trc 145 (kN) ca mi xe ti phi ly bng 4,3 (m). IV. VT LIU 1. Vt liu thép: 1.1. Thép ng sut trc: S dng thép có đ chùng dão thp ca hãng VSL:ASTM A416 Grade 270, tao loi 15,2 mm. 5 - Cng đ kéo quy đnh ca thép ng sut trc: f pu = 1860 (Mpa). - Gii hn chy ca thép ng sut trc: f py = 1670 (Mpa). - Mô đun đàn hi ca thép ng sut trc: E = 195.000 (Mpa). - Din tích mt tao cáp 15,2 mm: A psi = 140 (mm 2 ). - Trng lng đn v ca tao cáp 15,2 mm = 1,1 (kg/m). - ng sut trong cáp ST khi kích: f pj = 0,75.f pu = 1.395 (Mpa). - H s ma sát góc:  = 0,25/rad. - H s ma sát: K = 0,001/m. -  tt neo: 6 (mm). 1.2. Thép thng: * Loi thép có g: Mác CB400-V - Gii hn chy nh nht: f y = 400 (Mpa). - Môdun đàn hi: E s = 200.000 (Mpa). * Thép tròn trn: Mác CB240-T - Gii hn chy nh nht: f y = 240 (Mpa). - Môdun đàn hi: E s = 200.000 (Mpa). 2. Vt liu bê tông: T trng ca bê tông:  c = 2400 (kg/m 3 ). Bng 19. S dng bê tông cho các cu kin. Cp bê tông Cng đ f' c (Mpa) S dng C40 40 Dm tit din I BTCT ST cng sau. C30 30 Bn mt cu, dm ngang, cc BTCT, m, tr. C25 25 G lan can, bn quá đ C10 10 Bê tông to phng đáy móng. 6 Chng 2. THIT K BN MT CU I. CU TO BN MT CU VÀ C IM LÀM VIC 1. Cu to: Hình 01. Cu to bn mt cu và đc đim làm vic - Chiu dày bn bê tông ct thép: h s = 200 (mm). - Lp phòng nc dày 4 (mm). - Chiu dày lp áo đng bê tông asphalt: 70 (mm). 2. c đim làm vic: - Bn làm vic cc b, kê lên các dm ngang và dm ch. - Nhp ca bn theo phng ngang cu là khong cách gia tim các dm ch S = 2,2 (m); theo phng dc cu có 6 dm ngang khong cách gia các dm ngang: L 2 = 7,0 (m). Do L 2 > 1,5.S = 3,3, nên trong tính toán gn đúng, ta s thit k bn kê hai cnh làm vic theo phng ngang cu, có nhp S = 2,2 (m)  ta áp dng phng pháp di bn theo ASSHTO đ tính toán thit k bn mt cu. II. TRNG LNG CÁC B PHN Tính theo chiu rng di bn ngang 1 (mm). 1. Lan can: - Din tích mt ct ngang lan can và trng tâm lan can: 7 Bng 20. Tính toán trng tâm lan can. Hình Kích thc (mm) Din tích (mm 2 ) X i S i .X i Rng Cao Hình 1 (Ch nht) 300 680 204.000 150 30.600.000 Hình 2 (Tam giác) 200 180 18.000 367 6.600.000 Hình 3 (Ch nht) 200 250 50.000 400 20.000.000 Cng 272.000 57.200.000 Khong cách t trng tâm lan can đn mép ngoài = 210 (mm) + Din tích mt ct ngang: 272.000 (mm 2 ). + Trng tâm lan can: Cách mép ngoài 210 (mm). - Trng lng lan can: P b = 2400  10 -9  9,81  272.000 + 0,45 = 6,85 (N/mm) (Ly trng lng phn tay vn lan can là 0,45 N/mm). 2. Lp bê tông nha: W DW = 2250  10 -9  9,81  70 = 0,00155 (N/mm 2 ) 3. Bn mt cu: W S = 2400  10 -9  9,81  200 = 0,00471 (N/mm 2 ) 4. Bn hng: W 0 = 2400  10 -9  9,81  200 = 0,00471 (N/mm 2 ) III. XÁC NH NI LC DO TNH TI Bn mt cu đc xem nh các di bn nm vuông góc vi dm ch. Mômen dng ln nht ca bn nm  khu vc gia hai dm ch. Tng t, mômen âm ln nht nm trên đnh mi dm. Di bn ngang đc coi là liên tc nhiu nhp, có nhp bng khong cách hai dm ch. Dm ch đc coi là cng tuyt đi.  xác đnh lc ct và mômen un ti các v trí ta lp đng nh hng ca dm liên tc bn nhp hai đu hng. Tra ph lc A - Sách Cu bê tông ct thép trên đng ô tô - Tp 1 ca GS.TS Lê ình Tâm, ta lp đc các đng nh hng nh sau: - Chiu dài đon bn hng: L = 1.100 (mm) - Khong cách t trng tâm lan can đn gi th nht: L 1 = 1100 - 210 = 890 (mm) - Khong cách t mép lan can đn gi th nht: L 2 = 1100 - 500 = 600 (mm). 8 Hình 02. S đ tính và đng nh hng M200, M204, M300 - Din tích phn đng nh hng phía trong (không k mút tha): Bng 21. Din tích đng nh hng (phn trong) ng nh hng A Dn g A âm A khôn g hn g M200 0 0 0 M204 0,0986 -0,0214 0,0772 M300 0,0134 -0,1205 -0,1071 - Din tích đng nh hng phn mút tha: 9 Bng 22. Din tích đng nh hng (phn mút tha) ng nh hng A Dn g A âm A hn g M200 0 -0,5 -0,5 M204 0 -0,246 -0,246 M300 0,135 0 0,135 Khi xác đnh ni lc do tnh ti ta tính trên các di bn ngang có chiu rng bng 1 mm. 1. Ni lc do bn mt cu (tr phn cánh hng): Hình 02. Ti trng do bn mt cu tác dng vào di bn (phn trong) Các đng nh hng ca bn mt cu cho trong bng A1, ph lc A, sách Cu bê tông ct thép trên đng ô tô - Tp 1 - GS.TS Lê ình Tâm. i vi ti trng phân b đu, ly din tích trong bng nhân vi S đ tính lc ct và S 2 đ tính mô men. M S = W S  A không hng  S 2 M204 S = 0,00471  0,0772  2.200 2 = 1.760 (N/mm) M300 S = 0,00471  (-0,1071)  2.200 2 = -2.441 (N/mm) 2. Ni lc do trng lng bn hng: Hình 03. Ti trng bn hng tác dng lên di bn (phn mút tha) M 0 = W 0  A hng  L 2 M200 0 = 0,00471  (-0,5)  1.100 2 = -2.850 (N/mm) M204 0 = 0,00471  (-0,246)  1.100 2 = -1.402 (N/mm) M300 0 = 0,00471  0,135  1.100 2 = 769 (N/mm) 10 3. Ni lc do trng lng lp ph mt cu: Hình 04. Lp ph tác dng lên di bn. M DW = W DW  (A hng  L 2 + A k.hng  S) M200 DW = 0,00155  [(-0,5)  0,6 + 0  2.200] = -279 (N/mm) M204 DW = 0,00155  [(-0,246)  0,6 + 0,0772  2.200] = 442 (N/mm) M300 DW = 0,00155  [0,135  0,6 + (-0,1071)  2.200] = -728 (N/mm) 4. Ni lc do lan can: Hình 05. Trng lng lan can tác dng lên di bn. M Pb = P b  y  L 1 M200 Pb = 6,85  (-1)  890 = -6.097 (N/mm) M204 Pb = 6,85  (-0,492)  890 = -2.999 (N/mm) M200 Pb = 6,85  0,27  890 = 1.646 (N/mm) IV. XÁC NH NI LC DO HOT TI Khi thit k mt cu có di bn ngang theo phng pháp di bn (gn đúng), thì xe ti thit k có ti trng trc là 145 (kN). Ti trng mi bánh xe trên trc gi thit bng nhau và cách nhau 1800 (mm). Xe ti thit k đc đt theo phng ngang cu đ gây ni lc ln nht, nh vy tim ca bánh xe cách l đng không nh hn 300 (mm) khi thit k bn hng và không nh hn 600 (mm) tính t tim bánh xe đn các b phn khác. Chiu rng có hiu ca di bn trong (mm) chu ti trng bánh xe ca bn mt cu đ ti ch là: [...]... - Chi u d i tính toán : Ltt = Ld - 2 - Chi u cao d m : Hd = 1.800 (mm); - Chi u cao b n : hs = 200 (mm); - Kh c u : B = 11 (m); - Chi u r ng cánh b n : Bc = 2.200 (mm); 0,4 = 34,2 (m); - Chi u r ng cánh b n biên : L = 1.100 (mm) Hình 14 Kích th c d m ch 22 Hình 15 M t c t 105 t i gi a nh p, m t c t 100 t i g i d m II TÍNH TOÁN XÁC 1 Xác NH N I L C D M CH nh n i l c do t nh t i: 1.1 Xác nh t nh t i cho... ng co ngót và nhi t : L ng là: ng c t thép t i thi u cho m i ph As * 0,75 Ag fy 0,75 200 1 400 2 0,375 (mm /mm) i v i c t thép d c trên dùng D10a200mm, As = 0,392 (mm2/mm) VII KI M TRA N T THEO TTGH S D NG 1 i u ki n ki m tra: fs f sa Z d c A 1 , trong ó: 3 - Z = 23.000 (N/mm), là tham s chi u r ng v t n t cho i u ki n m i tr kh c nghi t; - dc - Chi u cao tính t th ch u kéo xa nh t n tim thanh g n nh... 1mm Sw0 m X 72.500 1mm = -18.777 (N.mm) 1.390 1,2 300 H P N I L C B N: i u ch nh t i tr ng cho tr ng th i gi i h n c = D R ng : 0,95 I trong ó: D - H s liên quan n tính d o ( R - H s liên quan n tính d th a ( - H s liên quan n I V y: = D R I D = 0,95) R = 0,95) quan tr ng c a c u ( I = 1,05) = 0,95 1 Tr ng th i gi i h n c ng 1: B ng 23 T h p n i l c theo TTGH c ng 1 V trí 1,25.MS 0,9.M0 0,9.MPb M204CD1... 1.043,0 785,9 533,3 285,0 3.2 Tr ng th i gi i h n s d ng: Tính theo t ng giai o n - M t c t 100: Giai o n 1: V1 = 279,6 (kN) Giai o n 2: V2 = 278,7 (kN) V3 V3a Giai o n 3: Vht Vlp 46,9 59,3 106,2(kN) 1,25 Vxe VLN mg V 1,25 297,95 159,03 0,779 520,21(kN) 414,01(kN) - M t c t 105: Giai o n 1: M1 = 2.390,5 (kNm); V1 = 0 Giai o n 2: M2 = 2.383,1 (kNm); V2 = 0 Giai o n 3: M3 M ht M 3a M lp 1,25 M xe 400,6... t m ván khuôn gi a hai d m ch (b = 1,55 m) DC3 b h c L tt L tt c 2,02 (kN/m) l i: Tính trong ph m vi t m ván khuôn n m 1,55 0,1 24 3,72 (kN/m) - Tr ng l ng b n m t c u: Tính trong ph m vi b n m t c u n m gi a tim hai d m ch (b = S = 2,2 m) 23 DC4 b h c L tt L tt c 2,2 0,2 24 10,56 (kN/m) g2 = DC2 + DC3 + DC4 = 2,02 + 3,72 + 10,56 = 16,30 (kN/m) 1.1.3 T nh t i giai o n 3 (g3) Giai o n hoàn thi n và... Khi tính b n h ng: 1440 + 0,833.X - Khi tính mômen d ng: 660 + 0,55.S - Khi tính mômen âm: 1220 + 0,25.S Trong ó X là kho ng cách t bánh xe các d m ch 1 Mô men d n tim g i, S là kho ng cách gi a ng l n nh t do ho t t i: V i các nh p b ng nhau, mô men d ng l n nh t g n úng t i i m 204 Chi u r ng d i b n khi tính mô men d ng là: Swd = 660 + 0,55 1.1 Tr S = 660 + 0,55 2200 = 1.870 (mm) ng h p 1: Khi... i: 1.1 Xác nh t nh t i cho m t d m ch : 1.1.1 T nh t i giai o n 1 (g1) - Giai o n c ng kéo c t thép: T nh t i cho m t d m ch bao g m: - Tr ng l ng b n thân d m ch : g1 = DC1 Vdc L tt 23,3 24 16,35 (kN/m) 34,2 c 1.1.2 T nh t i giai o n 2 (g2) Giai o n l p d m ch , - Tr ng l bê tông d m ngang và b n m t c u: ng d m ngang gi thi t phân b u theo chi u d i d m ch : Th tích 6 o n d m ngang phân b cho 1 d m... -42.725 1,5.MDW 1,75*1,25*Mxe Giá tr 2 Tr ng th i gi i h n s d ng: B ng 24 T h p n i l c theo TTGH s d ng V trí MS M0 MPb MDW 1,25*Mxe Giá tr M204SD 1.760 -1.402 -2.999 442 22.850 20.651 M300SD -2.441 769 1.646 -728 -24.574 -25.328 15 VI CH N TI T DI N C T THÉP *C ng v t li u là f'c = 30 (Mpa) và fy = 400 (Mpa) * Chi u cao có hi u c a b n bê tông khi u n d l p b o v trên và d i khác nhau nh hình v : ng... 0 Gi i c x = 37,2 (mm) < 38 (mm), v y gi thi t úng - Mômen quán tính c a ti t di n n t chuy n I cr b.x 3 3 I cr 1 37,2 3 3 n.A s d'-x 2 ' n.A s d - x 7 0,855 38 - 37,2 i là: 2 2 7 0,855 152 - 37,2 2 Icr = 97.417 (mm4) - ng su t kéo c a c t thép d fs - Tr s n M1SD I cr d-x i: 7 25.328 97.417 152 - 37,2 = 211 (MPa) ng su t kéo cho phép: C t thép ch u kéo cho mômen d ng dùng thanh No15 cách nhau tim... ho t t i trên b n h ng: t t i m t bánh xe nh hình v Kho ng cách t bánh xe n tim g i là: X = 1.100 - 500 - 300 = 300 (mm) Chi u r ng có hi u c a d i b n là: Swo = 1.140 + 0,833.X = 1.140 + 0,833 - Ch x p 1 làn xe (do tung a.h d 300 = 1.390 (mm) i xe 2 = 0), h s làn xe m = 1,2 14 Hình 09 S x p 1 làn xe lên ng nh h ng M200 - Mô men âm l n nh t t i ti t di n 200 do ho t t i: M 200 xe M 200xe V T H s . theo chiu rng di bn ngang 1 (mm). 1. Lan can: - Din tích mt ct ngang lan can và trng tâm lan can: 7 Bng 20. Tính toán trng tâm lan can. Hình Kích thc (mm) Din tích. 57.200.000 Khong cách t trng tâm lan can đn mép ngoài = 210 (mm) + Din tích mt ct ngang: 272.000 (mm 2 ). + Trng tâm lan can: Cách mép ngoài 210 (mm). - Trng lng lan can: P b = 2400  10 -9 . trng lng bn hng: 9 3. Ni lc do trng lng lp ph mt cu: 10 4. Ni lc do lan can: 10 IV. XÁC NH NI LC DO HOT TI 10 1. Mô men dng ln nht do hot ti: 11 1.1 Trng hp 1: