THUYẾT MINH TÍNH TOÁN cầu bê TÔNG cốt THÉP

Đường kính danh định 1 tao D p  12.7mmSố tao trên 1 bó n str 12tao Diện tích danh định 1 bó A ps 1184mm2 Đường kính quy đổi của một bó cáp D ps  38.8mm Đường kính ống ghen D duct 12

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HÀ NỘI VIỆN KĨ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN KẾT CẤU XÂY DỰNG

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

GVHD : TRẦN VIỆT HÙNG SVTH : TRẦN ĐĂNG KHOA LỚP : KẾT CÁU XÂY DỰNG MSSV : 0907156

THIẾT KẾ MỘT CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DUL

Các số liệu cho trước

Giới hạn bền của thép DUL : f pu  1860MPa

Giới hạn chảy của thép DUL : f py  0.9* f pu  0.9*1860 1674  MPa

Các giới hạn ứng suất cho các bó cáp DUL

Trước khi đệm neo – có thể cho phép dung fs ngắn hạn

0.9*f py  0.9*1674 1507  MPa

Tại các neo 0.7 *f pu  0.7 *1860 1302  MPa

Ở cuối vụng mất mát ở tấm đệm neo ngay sau bộ neo

ở trạng thái giới hạn sử dụng sau toàn bộ mất mát

Mô đun đàn hồi của thép DUL E p  195000MPa

Đường kính danh định 1 tao D p  12.7mm

Số tao trên 1 bó n str 12tao

Diện tích danh định 1 bó A ps 1184mm2

Đường kính quy đổi của một bó cáp D ps  38.8mm

Đường kính ống ghen D duct 12.7mm

Hệ số ma sát   0.25

Hệ số ma sát lắc k 0.004

Chiều dài tụt neo set 0.006m

Ứng suất cáp DUL khi kích f pj  1395MPa

Lực căng cáp P1652KN

Bê tông dầm

Trọng lượng đơn vị bê tông

Cường đọ nén quy định của bê tông ( 28 ngày)

Cường độ nén quy định của bê tông khi căng kéo

Ứng suất tạm thời trước khi xảy ra các mất mát

Ứng suất nén

Ứng suất kéo

Ứng suất ở trạng thái giới hạn sử dụng sau khi xảy ra các mất mát

Ứng suất nén

Do tổng DUL hữu hiệu và các tải trọng thường xuyên gây ra

Do hoạt tải tổng cộng với ½ tổng của DUL hữu hiệu và các tải trọng thường xuyên gây ra Ứng suất kéo

Điều kiện ăn mòn: ăn mòn thông thường

Mô đun đàn hồi của bê tông dầm

Mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm căng kéo

Hệ số tính đổi

Tỷ số khối ứng suất chữ nhật

Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông

Độ ẩm tương đối bao quanh trung bình năm

Bê tông bản mặt cầu đổ tại chỗ

Cường độ nén quy định của bê tông( 28 ngày)Ứng suất nén cho phép

Mô đun đàn hồi của bê tông bản mặt cầu

Hệ số tính đổi giữa bản bê tông và dầm bê tông Côt thép thường

Theo tiêu chuẩn Việt Nam

Giới hạn chảy quy định của thanh cốt thép

Mô đun đàn hồi của thanh cốt thép

PHẦN 1: NỘI DUNG THUYẾT MINH

1 Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ

1.1 Bố trí mặt cắt ngang cầu

Tổng chiều dài toàn cầu là 33m Để hai đầu dầm mỗ bên 0.4m để kê gối

Như vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 32.2m

Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bằng bê tông có f c 50MPa, bản mặt cầu chó chiều dày 20cm, được đỏ tại chỗ bawngd bê tông f c 40MPa, tạo thành mặt cắt liên hợp.Trong quá trình thi công ,kết hợp với thay đổi chiều cao đá kê gối ngang thoát nước.Lớp phủ mặt ầu gồm 3 lớp :

 Lớp phòng nước có chiều dày 0.4m

 Lớp bê tông asphalt trên cùng có chiều dày 7cm

 Lớp phủ tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao các gối cầu

Khoảng cách giữa các dầm chủ là s = 2400mm

Chiều ngang

h1 Chiều cao cánh dưới 250 h2 Chiều cao nách dưới 200 h3 Chiều cao sườn dầm 890 h4 Chiều cao nách dầm 100 h5 Chiều cao cánh trên 120 h6 Chiều cao phần trên cánh 80

H Chiều cao dầm 1650

2 Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu

Yêu cầu : hmin 0.045*L trong đó L:Chiều dài nhịp tính toán L=32200mm

hmin :Chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp

hmin= 1650+200=1850mm

hmin=0.045*L=0.045*32.2=1.449m

Suy ra: hmin=0,045.L=0,045.32200=1449mm < h= 1850mm => Thỏa mãn

3 Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu

3.1 Dối với dầm giữa

Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của

 Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (s=2400mm)

3.2 Đối với dầm biên

Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể được lấy bằng ½ bề rộng hữu hiệu của dầm kề trong(2300/2=1150) cộng với trị số nhỏ nhất của:

 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu (32200 4025

1

*8504

Momen tĩnh của mặt cắt đối với trục 0-0 đi qua mép dưới dầm thép:

 Đối với mặt cắt tại gối

Diện tích toàn mặt cắt

4 2

5 Tính toán bản mặt cầu

5.1 Thiết kế cấu tạo bản mặt cầu

a Chọn kích thước bản mặt cầu

Nhịp tính toán của bản lấy từ hai mép của thân dầm I  2400 2*100 2200   mm

Chiều dày bản mặt cầu là h=200mm

b Cấu tạo áo đường

Lớp áo đường được cấu tạo gồm: + Bê tông asphalt hạt mịn dày: 70 mm

+ Lớp phòng nước : 4 m

5.2 Phương pháp tính toán nội lực bản mặt cầu

Do trên suốt chiều dài bản mặt cầu được kê trên suốt chiều dài dầm chủ nên ta sử dụng phương pháp gần đúng Phân tích mô hình dải bản liên tục kê trên các dầm chủ

5.4 Tính toán momen trong bản mặt cầu

Chọn sơ đồ là bản hai cạnh , ta có sơ đồ tính như sau:

Hình 3: Sơ đồ đơn giản hóa

 Momen do trọng lượng bản mặt cầu gây ra là

Momen ở giữa nhịp :

w * 2

8

DC i

l

M  trong đó : wDC trọng lượng bản mặt cầu được tính bằng trọng lượng của 1m dài bản mặt cầu chia cho toàn bộ bản mặt cầu.w 1*0.2*24.53*16.5 4.9 / 2

l

 Momen do tải trọng xe tiêu chuẩn gây ra là

Bản được thiết kế cho tải trọng trục 145kN và tải trọng làn là 9.3KN/m2

Các bánh xe trong trục cách nhau 1800mm, tải trọng mỗi bánh xe là 72.5kN

Tải trọng lang thiết kế gồm tải trọng 9.3kN/mm phân bố đều theo chiều dọc Theo phương ngang cầu tải trọng làn được giả thiết là phân bố đều theo chiều rộng 3000mm.Hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

Khi thiết kế vị trí ngang của xe được bố trí sao cho hiệu ứng lực trong dải phân tích đạt giá trị lớn nhất

Vị trí trọng tâm bánh xe đặt cách đá vỉa 300mm khi thiết kế bản hẫng và 600mm khi thiết

kế các bộ phận khác

Khi tính toán hiệu ứng lực,tải trọng bánh xe được mô hình hoá như tải trọng vệt mà chiềudài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc của lốp xe cộng với chiều dầy của bản mặt cầu như được xác định dưới đây hoặc như tải trọng phân bố đều đặt tại trọng tâmlốp xe và phân bố dọc theo chiều dài dải tương đương được tính như trên

Diện tích tiếp xúc của lốp xe với mặt đường phải được coi là hình chữ nhật:

Với khoảng cách giữa 2 dầm nhỏ nên ta chỉ xếp 1 bánh xe lên bản:

Trị số tải trọng phân bố đều dọc theo nhịp tính toán của bản trên 1 mét rộng bản

) / ( 216 51 0 658 0

5 72 1

1

m kNm L

5.0

) 1 1

) , (

S q B

S B q

IM LL

658.05.02.2658.0216

2 )

Đối với bản mặt cầu chỉ cần tính toán và kiểm tra theo hệ số sức kháng và khống chế

bề rộng vết nứt.Cho nên ta tính tổ hợp cho trạng thái giới hạn cường độ I và trạng tháigiới hạn sử dụng

Tính toán nội lực theo công thức điều 1.3.2.1-1:

Hệ số liên quan đến tính dẻo D = 0,95 (theo Điều 1.3.3)

Hệ số liên quan đến tính dư 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 -Khi tính toán với trạng thái giới hạn cường độ :

 0,95

-Khi tính toán với trạng thái giới hạn sử dụng:

 1

p: Hệ số tĩnh tải (Bảng A.3.4.1-2)

Tổ hợp tải trọng theo TTGH Cường độ I:

Md =[1.25DC+1.5DW+1.75(LL,IM)]

Md = 0.95(1.252.96+1.50.95+1.7588.73)=152.32(kNm/m).Nội lực trong dầm liên tục:

Vậy nội lực để thiết kết bản mặt cầu là:

TTGH Sử Dụng -74.11 64.85 -8.41

4.6 Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu và tính duyệt:

Tính toán cho phần mômen dương (bản)

Sử dụng cốt thép thường theo ASTM A706M có đường kính danh định 16

 Tĩnh tải : Tĩnh tải giai đoạn 1 (DC1)và tĩnh tải giai đoạn 2 (DC2+ DW)

 Hoạt tải gồm cả lực xung kích(I L+IM) : Xe HL 93

 Nội lực do căng cáp ứng suất trước

 Ngoài ra còn các tải trọng: Co ngót, từ biến, nhiệt độ, lún, gió, động đất

(Trong khuôn khổ đồ án sinh viên không xét đến các tải trọng này )

6.1 Tĩnh tải rải đều lên một dầm chủ

Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo bảng (A.3.5.1.1) AASHTO,giả thuyết tĩnh tải phân bốđều cho mỗi dầm, riêng lan can thì một mình dầm biên chịu

+ Tải trọng bản thân dầm DC dc

Thành phần tĩnh tải DC bên trên bao gồm toàn bộ tĩnh tải kết cấu trừ tĩnh tải lớp mặt hao mòn dự phòng và tải trọng dự chuyên dụng Do mục đích thiết kế 2 phần của tĩnh tải được định nghĩa như sau:

Tĩnh tải rải đều lên dầm chủ xuất hiện ở giai đoạn căng ứng suất trước

gDC dc1( ) *Ag

Trong đó:

: Trọng lượng riêng của dầm,  24.53 KN/m3

A g: Diện tích mặt cắt ngang của dầm

 Xét đoạn dầm từ đầu dầm đến mặt cắt thay đổi tiết diện

Khoảng cách từ gối đến đầu dầm: a 0, 4 m   

Khoảng cách từ mặt cắt gối đến mặt cắt thay đổi tiết diện :x2 1.5 m 

+ Tải trọng do các tấm đỡ BTCT(khi đổ BT bản mặt cầu)

Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ do các tấm đỡ:

200*12000* 24.53*10

5

+ Tải trọng do lan can

DC2 : Trọng lượng lan can xuất hiện ở giai đoạn khai thác sau các mất mát

Ta sử dụng loại lan can theo tiêu chuẩn AASHTO

Tĩnh tải DC2 tác dụng cho dầm biên

momen

Vẽ đường ảnh hưởng tại các mặt cắt tính toán Các dầm trong không xét đến tải trọng lan can Tải trọng lan can do dầm biên chịu hoàn toàn

Vẽ đường ảnh hưởng Mi tại các vị trí như sau:

Loại tải trọng TTGH Cường độ1 TTGH Sử dụngDC: Cấu kiện và các thiết

32200

8.05

6.038 0.78

DAH mat cat L/2

DAH mat

cat L/4

DAH mat cat 0.8m

DAH mat

cat tai goi

L/2 L/4

Ta tính toán TH đường ảnh hưởng mômen mặt cắt giữa nhịp

 Trạng thái giới hạn cường độ 1

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can)

Dầm biên

Dầm trong

Dầm biên

DAH mat cat L/4

DAH mat cat 0.8m

DAH mat cat tai goi 1

0.975

0.75 0.25

0.5 0.5

Ta tính toán TH đường ảnh hưởng lực cắt ở mặt cắt giữa nhịp

 Trạng thái giới hạn cường độ 1

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can)

7 Nội lực dầm chủ do hoạt tải

7.1 Tính toán hệ số phân bố hoạt tải theo làn

Những kích thước liên quan :

Với: n: Tỷ số mônđun đàn hồi của dầm và của bản

Cường độ chịu nén của bê tông làm dầm : + fc’ = 50 Mpa

Mô đun đàn hồi:

Cường độ chịu nén của bê tông làm bản mặt : + fb’ = 40 Mpa

Mô đun đàn hồi:

e: Khoảng cách giữa trọng tâm của dầm không liên hợp tới trọng tâm của bản mặt cầu:

200)72,8261650(2)

e g   c  f    

Thay số ta được Kg = 8,46x1011

Hệ số phân phối hoạt tải theo làn đối với mô men uốn

+ Đối với dầm giữa (AASHTO bảng 4.6.2.2.2b-1):

Một làn thiết kế chịu tải :

0,1 0,4 0,3

g 0,06

4300

g s

32200

10 46 , 8 32200

2400 4300

11 3

, 0 4

, 0

2 , 0 6 , 0 2900

S S

673 , 0 200

32200

10 46 , 8 32200

2400 32200

2400 075

, 0

1 , 0 3

11 2

, 0 6

, 0

+ Đối với dầm biên (AASHTO Bảng 4.6.2.2.2.c-1)

Một làn thiết kế chịu tải

Sử dụng quy tắc đòn bẩy

Khoảng cách giữa hai trục theo phương ngang của xe truck là 1800mm nên ta có sơ đồ xếp tải như hình vẽ

Hai làn thiết kế chịu tải

gm=e gbên trong trong đó 0.77 0.77 700 1.02

b Hệ số phân phối hoạt tải theo làn đối với lực cắt

+ Đối với dầm giữa (ASSHTO Bảng 4.6.2.2.3a-1):

Một làn thiết kế chịu tải

2400 2

+ Đối với dầm biên (AASHTO bảng 4.6.2.2.3b-1):

Một làn thiết kế chịu tải

Sử dụng quy tắc đòn bẩy, tương tự như tính hệ số phân bố cho mômen ở trên ,ta có gv

=0.7926 Khống chế

Hai làn thiết kế chịu tải

gv = e gbên trong Trong đó 0.6 0.6 700 0.8333

(Quy tắc đòn bẩy giả thuyết rằng bản mặt cầu trong phương nằm ngang đơn thuần được

đỡ bởi các dầm và sử dụng tĩnh học để xác định phân bố hoạt tải cho các dầm Theo Quy trình AASHTO (4.6.2.2.1)khi dùng phương pháp đòn bẩy phải đưa vào hệ số làn m Đối với 1 làn chịu tải m=1.2 Mô hình nguyên tác đòn bẩy cho dầm biên được chỉ ra trên hình vẽ

1200 2400

1000

1 1.02

7.2 Tính toán hệ số phân phối của tải trọng người đi bộ

- 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 phải được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường hợp sau : + Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiếtkế(HL93M)

+ Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi như trong điều

(A.3.6.1.2.2) tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế (HL93K)

Đối với các mômen âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và đối phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này đến trục bánh sau xe kia là 15000mm tổ hợp 90% hiệu ứng của tảitrọng làn thiết kế ; khoảng cách giữa các trục 145KN của mỗt xe tải phải lấy bằng

4300mm(HL93S)

Các trục bánh xe không gây hiệu ứng lực lớn nhất đang xem xét phải bỏ qua

Chiều dài của làn xe thiết kế hoặc một phần của nó mà gây ra hiệu ứng lực lớn nhất phải được chất tải trọng làn thiết kế

Tải trọng người đi bộ (PL)

- Tải trọng người đi bộ 3 KN/m2 (Điều A.3.6.1.5) phân bố trên 1,5m nên tải trọng rải đều của người đi bộ là 3.1 = 3 KN/m và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế

* Sơ đồ tính: Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa các trục của

xe tải thiết kế Truck đều lấy = 4,3 m

* Cách xếp xe tải lên đường ảnh hưởng: Xếp xe sao cho hợp lực của các trục xe và trục

xe gần nhất cách đều tung độ lớn nhất của đường ảnh hưởng

7.3.1 Momen do hoạt tải gây ra

7.3.1.1 Do hoạt tải HL93 gây ra

Vẽ đường ảnh hưởng mômen tại các mặt cắt tính toán rồi xếp tải tính toán

110 KN

110 KN

1,2mx=0,6mHîp lùc

Gối 0 0 0 110 110 0

7.1.3.3 Do hoạt tải làn gây ra

Tải trọng làn là tải trọng dải đều trên toàn dầm với trị số P=9.3kN/m

Vẽ đường ảnh hưởng mômen tại các mặt cắt và tính mômen tại các mặt cắt theo côngthức sau:

T¹i mÆt c¾t

=1/4Ltt

T¹i mÆt c¾t gi÷a nhÞp

Tải trọng người là tải trọng dải đều.trên toàn bộ chiều dài của dầm.

nguoi

M  3*  trong đó : Diện tích đường ảnh hưởng

Mặt cắt yi (m) wi (m2) Pi (KN)

M(KN.m)

7.3.2 Lực cắt do hoạt tải gây ra

7.3.2.1 Do hoạt tải xe HL93 gây ra:

Vẽ đường ảnh hưởng mômen tại các mặt cắt tính toán rồi xếp tải tính toán

VTruck=pi.yi trong đó Pi: Trọng lượng các trục xe

Yi: Tung độ đường ảnh hưởng

Hình vẽ: Sơ đồ xếp tải bất lợi tại mặt cắt i do xe tải 3 trục

Vẽ đường ảnh hưởng tại các mặt cắt rồi xếp tải lên phần diện tích dương của đường ảnh hưởng và tính toán:

7.3.2.3.Do tải trọng làn gây ra:

Là tải trọng dải đều trên suốt chiều dài của dầm và Plan=9.3kN/m

7.3.2.4 Do tải trọng người gây ra:

Là tải trọng dải đều trên suốt chiều dài của dầm và Pnguoi=3kN/m

 Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cường độ I

Tổ hợp Mô men theo trạng thái giới hạn cường độ I(Điều 3.4.1.1)

MU   P.MDC1PMDC2PMDW1.75MLL IM 1.75 MLP

+ Tổ hợp Lực cắt theo trạng thái giới hạn cường độ I(Điều 3.4.1.1)

VU   P.VDC1P DC2V P DWV 1.75VLL IM 1.75 VLP

Trong đó :

MLL : Mômen do hoạt tải tác dụng lên 1 dầm chủ (đã tính hệ số phân bố ngang)

MU : Mô men tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ I của dầm giữa

VU : Lực cắt tính toán theo trạng thái giới hạn cường độ I của dầm giữa

P : Xác định ở mục1.3.2

 : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư, 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 dư 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

IM = Hệ số xung kích IM = 25% Theo Điều 3.4.1-1

gM, gV:hệ số phân bố tải trọng cho lực cắt và mômen

 Hệ số tải trọng và tổ hợp theo trạng thái giới hạn sử dụng I

MU MDC1 MDC2 MDWMLL IM MDN