THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP F1

THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 Mục lục Phần 1: Nội dung thuyết minh 1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. 2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) 3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6) 3.1 Đối với dầm giữa 3.2 Đối với dầm biên 4. Tính toán bản mặt cầu 4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu 4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải 4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ 4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu 4.5 Tính toán cốt thép chiu lực 5. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải 5.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ 5.2 Các hệ số cho tĩnh tải p (Bảng A.3.4.1-2) 5.3 Xác định nội lực 6. Nội lực dầm chủ do hoạt tải 6.1. Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo làn 6.2 Tính toán hệ số phân phối của tải trọng ngời đi bộ 6.3 Xác định nội lực. 7. Các đặc trng vật liệu cho dầm chủ 7.1 Thép 7.2 Bêtông 8. Chọn và bố trí cáp dự ứng lực 8.1 Chọn cáp dự ứng lực 8.2 Bố trí cáp dự ứng lực 8.3 Tính tính các đặc trng hình học 9. Tính toán các mất mát ứng suất 9.1 Xác định một số thông số cho các bó cáp 9.2 Mất mát do ma sát f pF 1 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 9.3 Mất mát do tụt neo 9.4 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 9.5 Mất mát ứng suất do co ngót (A.5.9.5.4.2) 9.6 Mất mát ứng suất do từ biến 9.7 Mất mát do dão thép ứng suất trớc 10. Kiểm toán 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 và kiểm toán cắt theo trạng thái giới hạn CĐ1 10.4 Kiểm toán dầm theo trạng thái giới hạn sử dụng 11. Tính toán dầm ngang 11.1 Nội lực do tải trọng cục bộ (hoạt tải) gây ra 11.2 Nội lực do 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 do tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải) 12.3 Tính độ võng tức thới do hoạt tải có xét lực xung kích Phần 2: bản vẽ kỹ thuật (Bản vẽ khổ A1) 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=26m, kết cấu kéo sau - Khổ cầu 10.5 m - Tải trọng thiết kế: HL93 - Bó cốt thép DƯL: Bó 7 tao 12,7 * Vật liệu sử dụng: - Bêtông dầm chủ có các chỉ tiêu sau: 2 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 + fc = 40 Mpa + c = 24 KN/m 3 + Ec = 31975,35 Mpa + Hệ số poisson = 0,2 - Bêtông bản mặt cầu mác 400 có các chỉ tiêu sau: + fc = 30 Mpa + c = 24 KN/m 3 + Ec = 27691,47 Mpa + Hệ số poisson = 0,2 - Lớp phủ có: c = 22,5 KN/m 3 - Cốt thép có: + fy = 420 Mpa + Ep = 197000 Mpa + Es = 200000 Mpa + Diện tích 1 tao = 98,7 mm 2 * Yêu cầu: - Nội dung bản thuyết minh đầy đủ rõ ràng - Bản vẽ thể hiện mặt chính dầm, mặt cắt ngang, bố trí cốt thép bản vẽ trên giấy A1 hoặc A0 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 26 mét, để hai đầu dầm mỗi bên 0,4 mét để kê gối. Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 25,2 mét. Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bêtông có f c =40MPa, bản mặt cầu có chiều dày 20cm, đợc đổ tại chỗ bằng bêtông f c =30MPa, 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. 3 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 10500 2300230023002300 11500 Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2300 mm 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: 1500mm - Chiều dày sờn dầm: 200mm - Chiều rộng bầu dầm: 600mm - Chiều cao bầu dầm: 250mm - Chiều cao vút của bụng bầu dầm: 200mm - Chiều rộng cánh dầm: 800mm - Phần gờ dỡ bản bêtông đổ trớc: 80mm (mỗi bên) Các kích thớc khác nh hình vẽ: 600 600 200 100200 250 770 200 80100 100 1500 100 200 770 66.7 200 4 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 Mặt cát dầm chủ Mặt cắt tại gối (Mở rộng sờn dầm) 1.3 Chiều dày tối thiểu( A5.14.1.2.2) Cánh trên 50 mm Đạt Vách 165 mm Đạt Cánh dới 125 mm Đạt 2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) Yêu cầu: h min =0,045.L Trong đó ta có: L: Chiều dài nhịp tính toán L=25200mm h min : chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp . h min =1500+200=1700mm suy ra: h min =0,045.L=0,045.25200=1134mm< h = 1500mm => Thỏa mãn 3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6) 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 ( 6300 4 25200 = mm) + 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 2/800 200 = 2800 + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S= 2300). 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(2300/2=1150) cộng trị số nhỏ nhất của + 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu( 3150 8 25200 = ) + 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản bụng hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính =6*200+max 4/800 2/200 =1400 + Bề rộng phần hẫng( =1150) Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Bảng 3 Dầm giữa (bi) 2300 mm Dầm biên (be) 2300 mm 4. Tính toán bản mặt cầu 5 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 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). 11500 c b a 0 1 e d 2 3 4 10500 23002300 23002300 Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các dầm chủ. 4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực Theo Điều (A.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 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, vị trí tính toán nội lực là: a, b, c, d, e nh hính vẽ. Theo Điều (A.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 (A.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 (A.3.5.1.1) AASHTO 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 lan can 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 đều 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 6 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 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) = 4,2 KN/m + Để tính nội lực cho các mặt cắt a, 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 ĐAH và từ đó tính toán nội lực tác dụng lên bản mặt cầu. + Công thức xác định nội lực tính toán: 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) => = 1,05.0,95.0,95 = 0,95 p : Hệ số tĩnh tải (Bảng A.3.4.1-2) 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 chịu uốn M a = ]10.1150 10.2 )5001150.( 10.2 1150.1150. .[. 3 )(2 6 2 Ư 6 )(1 + + lcncanDCp WD p bmcDC p g g g Trong THGH CĐ1 M a = ]10*25,1*1150*2,4 10.2 5,1*650*650*665,1 10.2 25,1.*1150*1150*8,4 .[95,0 3 66 ++ = 9.806 kNm Trong THGH SD 7 Lớp phủ Bản mặt cầu Lan can 1200 700 500 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 M a = ]10*1*1150*148,4 10.2 1*650*665,1 10.2 1*1150*8,4 .[95,0 3 6 2 6 2 ++ = 8.356 kNm 4.2.2 Nội lực mặt cắt b Đ ờng ảnh h ởng 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: - + Bmc Phủ Xếp tải lên phần Đah d ơng Phủ - Bmc + Xếp tải lên phần Đah âm Tính nội lực theo công thức: 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 phần Đah âm: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 0,9 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD 8 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 Với lớp phủ lấy hệ sô p = 0,65 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Sau khi giải sơ đồ bằng MiDas kết quả mô men M b trong bảng dới đây Bảng 4.2.2 Mặt cắt Đah DC1 DW b + 2.72 0.98 - -1.92 -0.36 4.2.3 Nội lực mặt cắt Mc - - + + Đ ờng ảnh h ởng Mc Làm tơng tự nh trên , ta có bảng kết quả sau: Bảng 4.2.3 Mặt cắt Đah DC1 DW c + 1.16 0.19 - -3.14 -1.06 4.2.4 Nội lực mặt cắt Md Đ ờng ảnh h ởng Md + - - + Bảng 4.2.4 Mặt cắt Đah DC1 DW d + 2.44 0.75 - -1.32 -0.4 4.2.5 Nội lực mặt cắt e Đ ờng ảnh h ởng Me - - + + - - Bảng 4.2.5 9 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 Mặt cắt Đah DC1 DW e + 0.8 0.29 - -3.24 -0.98 Bảng tổng hợp nội lực do tĩnh tải tại các mặt cắt (a, b, c, d, e) là: Mặt cắt Đ ah TTGHSD TTGHCĐ1 DC1 DW DC1 DW b + 2.72 0.98 3.4 1.47 - -1.92 -0.36 -1.728 -0.234 c + 1.16 0.19 1.45 0.285 - -3.14 -1.06 -2.826 -0.689 d + 2.44 0.75 3.05 1.125 - -1.32 -0.4 -1.188 -0.26 e + 0.8 0.29 1 0.435 - -3.24 -0.98 -2.916 -0.637 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 áp dụng quy định của Điều 3.6.1.3.3 (AASHTO98) : Do nhịp của bản S=2300 < 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 hãm 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 + 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 SW=1140+0, 833*350=1431,55 mm Mô men dơng M + : SW = 660 + 0,55S = 660+0,55.2300=1925 mm Mô men âm M - : SW = 1220 + 0,25S =1220+0,25.2300=1795 mm Trong đó 10 300 x P [...]... lợng thép tối thiểu cho mỗi lớp bằng 0,38 mm 2/mm Theo thiết kế trên cốt thép theo phơng chính 1,11mm2/mm và theo phơng dọc là 0,22 mm2/mm < 0,38mm2/mm =>phải bố trí cốt thép theo phơng dọc, chọn No10 @200 As= 0.5mm2/mm Khoảng cách lớn nhất giữa cốt thép là 450mm Bố trí cốt thép bản đáy dầm hộp Theo Điều 5.14.1.3.2b Cốt thép trong bản đáy dầm hộp đợc bố trí nh sau: Cốt thép bố trí theo phơng dọc cầu. .. nội lực để thiết kết bản mặt cầu là: Mômen Âm Dơng Hẫng TTGH Cờng độ1 39,62 40,36 29,02 TTGH Sử dụng 24,54 24,01 19,93 4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu + Bê tông bản mặt cầu fC = 30 Mpa Cờng độ nén quy định ở tuổi 28 ngày 1 Ec = 0,043 y c,5 f c' (A5.4.2.4-1) => Ec= 27691,466 MPa + Cốt thép fy= 420 Mpa Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép Es= 200000 MPa 4.5 Tính toán cốt thép chiu... lấy fsa=230 Mpa > fS = 13,44 Mpa Thoả mãn Vậy bản mặt cầu thoả mãn điều kiện kiểm toán nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng 4.5.6 Kiểm tra bố thép theo thiết kế kinh nghiệm Phải đặt lớp cốt thép đẳng hớng ,fy 400Mpa Cốt thép phải càng gần các mặt ngoài càng tốt Lớp đáy : Số lợng thép tối thiểu cho mỗi lớp bằng 0,57 mm 2/mm Theo thiết kế trên cốt thép theo phơng chính 1,11mm2/mm và theo phơng dọc là 0,8... fy = Giới hạn chảy qui định của cốt thép (Mpa) dS = Khoảng cách tải trọng từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm) A'S = Diện tích cốt thép chịu nén (mm2) f'y = Giới hạn chảy qui định của cốt thép chịu nén (Mpa) d'p = Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén (mm) f'c = Cờng độ chịu nén qui định của bê tông ở tuổi 28 ngày (Mpa) b = Bề... trí cốt thép âm cho phần hẫng của bản mặt cầu( cho 1m dài bmc) và kiểm toán theo THGH CĐ 1 Để thận tiên cho thi công: Bố trí 2 mặt phẳng lới cốt thép cho bản mặt cầu nên cốt thép âm cho phần hẫng đợc bố trí giống cốt thép âm(5 thanh 16) Chỉ tiến hành kiểm toán + Mômen tính toán cho mômen âm của bản mặt cầu Mu= 29,02 (Xem bảng trên) Do mômen tính toán Mu < Mômen tính toán của mômen âm của bản mặt cầu. .. Tổng diện cốt thép As= 0,4%(diện tích của cánh ) = 0,4(150)(8040) = 4824mm2 Bố trí cốt thép 2 lớp: Lớp dới chịu mô men dơng do tải trọng bản thân và nhiệt độ bố trí thép No15 @250 số thanh 804/25+1 =33 thanh =>tổng diện tích 330.200 = 6600mm 2 >4824mm2 Lớp trên bố No10@250 Cốt thép theo phơng ngang cầu: Tổng diện cốt thép As= 0.5%(diện tích của cánh ) = 0.5(150)(8 040) = 6300mm2 Bố trí cốt thép 2 lớp:... cho dầm biên đợc chỉ ra trên hình vẽ ) 6.2 Xác định nội lực Hoạt tải xe ôtô thiết kế và quy tắc xếp tải (Điều 3.6.1.3) Hoạt tải xe HL93 - Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ (HL- 93) sẽ gồm một tổ hợp của : + Xe tải thiết kế hoặc hai trục thiết kế + Tải trọng làn thiết kế - Hiệu ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích - Quy tắc xếp tải (A.3.6.1.3) Hiệu ứng lực lớn nhất... 450mm Smax 1,5x200=250 (mm) 4.5.2 Bố trí cốt thép dơng cho bản mặt cầu( cho 1 mét dài bmc) và kiểm toán theo THGH Cờng độ 1 + Không xét đến cốt thép chịu nén (bố trí cho mômen âm của bản mặt cầu) + Mômen tính toán cho mômen dơng của bản mặt cầu Mu=40,36 KNm (Xem bảng trên) + Ta chọn trớc số thanh rồi kiểm toán cờng độ + Bố trí 5 thanh cốt thép 14 2 => Diện tích cốt thép As=5 3,1416.16 =1005.312 mm2 4 dp=ts-... hạn cờng độ I Cốt thép phải bố trí sao cho mặt cắt đủ khả năng chịu lực 4.5.1 Bố trí cốt thép chịu mômen âm của bản mặt cầu( cho 1 mét dài bmc) và kiểm toán theo THGH Cờng độ 1 + Không xét đến cốt thép chịu nén (sẽ bố trí cho mômen dơng của bản mặt cầu) + Mômen tính toán cho mômen âm của bản mặt cầu Mu= 39,62 KNm (Bảng trên) + Ta chọn trớc số thanh rồi kiểm toán cờng độ + Bố trí 5 thanh cốt thép 16 2 =>... B tông - Tỷ trọng của b tông: c = 24 KN / m3 - Cờng độ chịu nén của b tông quy định ở tuổi 28 ngày f ' c = 40MPa - Cờng độ chịu nén của b tông lúc bắt đầu đặt tải hoặc tạo ứng suất trớc : f ' ci = 0,85 f ' c = 34 MPa 1 - Môdun đàn hồi của b tông làm dầm : Ec = 0,043. c,5 f ' c = 31975,351MPa - Môdun đàn hồi của b tông làm dầm lúc căng kéo: 35 THIT K MễN HC CU Bấ TễNG CT THẫP F1 E ci = 0,85 E c = 0,85.31975,351