thiết kế cầu dầm BTCT DƯL L=30m

tài liệu tham khảo thiết kế cầu dầm BTCT DƯL L=30m

Lời nói đầu

Bớc vào thời kỳ đổi mới đất nớc ta đang trong quá trình xây dựng cơ sở vật chất hạ tầng kỹ thuật Giao thông vận tải là một nghành đợc quan tâm đầu t nhiều vì đây là huyết mạch của nền kinh tế đất nớc, là nền tảng tạo điều kiện cho các nghành khác phát triển Thực tế cho thấy hiện nay lĩnh vực này rất cần những kỹ s

có trình độ chuyên môn vững chắc để có thể nắm bắt và cập nhật đợc những công nghệ tiên tiến hiện đại của thế giới để có thể xây dựng nên những công trình cầu mới, hiện đại, có chất lợng và tính thẩm mỹ cao góp phần vào công cuộc xây dựng

đất nớc trong thời đại mở cửa

Sau thời gian học tập tại trờng ĐHGTVT bằng sự nỗ lực của bản thân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trờng ĐHGTVT nói chung và các thầy cố trong Khoa Công trình nói riêng em đã tích luỹ đợc nhiều kiến thức bổ ích trang bị cho công việc của một kỹ s tơng lai

Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong suốt 5 năm học tập và tìm hiểu kiến thức tại trờng, đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốt thời gian qua của mỗi sinh viên Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này em đã đợc sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Cầu - Hầm, đặc biệt là sự giúp đỡ trực

tiếp của : Thầy Giáo : Chu Viết Bình

Do thời gian tiến hành làm Đồ án và trình độ lý thuyết cũng nh các kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, nên trong tập Đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi nhứng thiếu sót Em xin kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em

có thể hoàn thiện hơn Đồ án cũng nh kiến thức chuyên môn của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An, năm 2011

SV: Nguyễn Tuấn Dũng

Nhận xét của giáo viên h ớng dẫn

Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Nhận xét của giáo viên đọc duyệt

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

giới thiệu chung

I Mục đích và ý nghĩa của công trình cầu.

Trong các ngành kinh tế của đất nớc thì giao thông vận tải chiếm một vị trí hết sức quan trọng Sự phát triển của nền kinh tế xã hội cần có mạng lới giao thông hiện đại và đồng bộ Với tình hình hiện nay, nhiều trung tâm kinh tế - văn hoá lớn đợc mở ra, việc giao lu kinh tế, văn hoá giữa các vùng từ thành phố đến nông thôn, từ đồng bằng lên miền núi v.v vì thế mà yêu cầu về giao thông vận tải ngày càng trở nên cần thiết

Với nớc ta, mạng lới giao thông vận tải đang từng bớc đợc hoàn thiện và đóng một vai trò rất quan trọng, trong đó giao thông đờng bộ là một bộ phận rất cần thiết

và không thể thiếu đợc Chính vì vậy mà mạng lới đờng ô-tô đang từng bớc đợc quy hoạch, cải tạo nâng cấp các tuyến đờng cũ, xây dựng thêm các tuyến mới

Trên những tuyến đờng giao thông nối liền các vùng kinh tế hay khu dân c th-ờng gặp phải nhiều sông suối Tại những điểm đó cần phải có biện pháp làm cầu qua sông để đảm bảo chỉ tiêu kinh tiêu kinh tế của tuyến đờng

Công trình cầu không những chỉ là công trình để đảm bảo giao thông mà còn làmột công trình kiến trúc thể hiện về trình độ kỹ thuật cũng nh mỹ thuật

II Các nguyên tắc chọn ph ơng án cầu

Việc chọn phơng án cầu dựa trên 3 nguyên tắc cơ bản sau:

II.1 Đảm bảo kỹ thuật

Đủ khả năng chịu lực,đảm bảo độ ổn định và tuổi thọ công trình cao

II.2 Đảm bảo về mặt kinh tế.

Đảm bảo đợc chỉ tiêu kinh tế xây dựng rẻ tiền nhất,khai thác có hiệu quảnhằm hoàn vốn nhanh cho chi phí xây dựng

II.3 Đảm bảo về mỹ quan.

Phù hợp với phong cảnh thiên nhiên tăng vẻ đẹp nghệ thuật của công trình.Dựa vào 3 nguyên tắc cơ bản trên ta phân tích những điều cần chú ý:

+ Điều kiện địa chất nơi làm cầu các thông số đảm bảo giao thông

+ Dựa vào sử dụng các định hình sẵn có để đảm bảo thi công nhanh cơ giớihoá, công trờng hoá

+ Tận dụng đợc những vật liệu sẵn có của địa phơng nơi làm cầu

+ áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật

III Nhiệm vụ thiết kế.

+ Tiêu chuẩn kỹ thuật

+ Đặc điểm địa chất

- Qua số liệu thăm dò tại lỗ khoan ở khu vực xây dựng cầu địa chất có cấutạo nh sau:

Lớp 1: Lớp cát sẫmLớp 2: Lớp cát sẫm lẫn cuội toLớp 3: Lớp sét lẫn dăm sạnLớp 4: Đá gốc

1.2 Thuỷ văn

Theo số liệu khảo sát điều tra cho thấy :

MNCN: 95.38mMNTT: 90.38mMNTN: 88.90mDòng chảy ổn định, tốc độ chảy không lớn do đó hạn chế gây ra hiện tợngxói lở, bồi lắng tại giữa sông và 2 bên bờ

Chơng I

Phơng án sơ bộ I Cầu dầm BTCT DƯL l = 33m

+ Đặc điểm địa chất

- Qua số liệu thăm dò tại lỗ khoan ở khu vực xây dựng cầu địa chất có cấutạo nh sau:

Lớp 1: Lớp cát sẫmLớp 2: Lớp cát sẫm lẫn cuội toLớp 3: Lớp sét lẫn dăm sạnLớp 4: Đá gốc

1.2 Thuỷ văn

Theo số liệu khảo sát điều tra cho thấy:

MNCN: 95.38mMNTT: 90.38mMNTN: 88.90m

Dòng chảy ổn định, tốc độ chảy không lớn do đó hạn chế gây ra hiện tợngxói lở,

Thi công kết cấu nhịp lao lắp bằng giá 3 chân

b bài thiết kế.

i chọn sơ bộ kết cấu nhịp

1.Chiều dài tính toán:

Chiều dài tính toán của dầm cầu giản đơn là :

B :Chiều rộng lan can B4=0,5m

Chiều rộng toàn cầu

B B 1  2B2  2B3  2B4=6+2.0,0+2.0,5+2.1,5=10m

b.Chọn số l ợng dầm chủ N b

Dựa vào chiều rộng toàn cầu B=10m

Khoảng cách giữa các dầm chủ S với cầu ôtô nên lấy S=1,82,5m

3x2500=7500 1250

Líp phßng n íc, dµy 0.4 cm B¶n mÆt cÇu BTCT 30MPa, dµy 20cm B¶n v¸n khu«n, dµy 8cm

1/2 MÆt c¾t ngang cÇu t¹i trô

4.Thiết kế dầm chủ:

 Chiều cao dầm chủ quy định tại bảng 2.5.26.3.1 quy trinh:

Chiều cao tối thiểu bao gồm cả bản mặt cầu đối với dầm I đúc sẵn dự ứng lựcgiản đơn là 0,045L=0,045.33=1,485m

Vậy chọn chiều cao dầm chủ là H=1,650m

Mặt cắt ngang Mặt cắt ngang

m

k J

H

a b c

d

f e

n

m

H

k J f

e d

a

n

 Chiều cao bầu dới a = 25cm

 Chiều cao vút dới b =20cm

 Chiều cao sừơn c = 89 cm

 Chiều cao vút trên d=11cm

 Chiều cao gờ trên e=12cm

 Chiều cao gờ trên cùng f = 8 cm

nên chọn bề rộng sòn dầm m = 20 cm

 Bề rộng bầu dầm chính n =65 cm

 Bề rộng bản cánh trên k = 85 cm

 Bề rộng gờ trên cùng j = 65 cm

 Chiều cao dầm liên hợp h H h  f =1,65 +0,2=1,85 m

Chiều cao dầm ngang H n   b c d e 20+89+11+12 =132 cm

Với số dầm chủ 4 dầm thì hệ số phân bô ngang với các dầm giữa tính theo côngthức:

 Khi cầu thiết kế một làn chịu tải :

0,1 0,4 0,3

4300

g s

2900

g s

S: là khoảng cách giữa các dầm chủ thoã mãn 1100S=2500<4900mm

L: chiều dài nhịp tính toán thoã mãn 6000<L=32,2m<72000mm

b Hệ số phân bô hoạt tải với mô men dầm biên:

Thiết kế một làn chịu tải: dung phơng pháp đòn bẩy:

190 110

350 cm 180 60

25 100 50

y 0,791

y 0,661

Cho nên công thức trên không nằm trong phạm vi áp dụng d e

Khi đó ta phải áp dụng phơng pháp đòn bẩy nh hình vẽ và vẫn tính đợc hệ số phan

bố ngang nh đói với xếp 1 làn tải:

350 cm 180 60

65

50 100 25 60 180

350 cm

II tính toán nội lực dầm chủ.

1 Xác định tải trọng th ờng xuyên

Bản mặt cầu

Ván khuôn lắp ghép bằng bêtông cốt thép để đổ bản mặt cầu.

e.Tĩnh tải lan can gờ chắn:

Lan can ngoài phần thép DCt  15 Kg m /

-Phân bố tĩnh tải lan can gờ chắn và các tiện ích công cộng

Cho dầm biên: dùng đờng ảnh hởng phản lực gối

B4/2

1

S Sk

TÜnh t¶i lan can cho dÇm biªn

 §èi víi dÇm gi÷a

-Giai ®o¹n cha liªn hîp:DC dc  1,672.103Kg m/

-Giai ®o¹n khai th¸c: mÆt c¾t liªn hîp víi b¶n mÆt cÇu

 §èi víi dÇm biªn

-Giai ®o¹n cha liªn hîp

b.Xe 2 trôc thiÕt kÕ

0 1,32 1,5 8,05 16,1

mc

x x

4.TÝnh néi lùc do tÜnh t¶i t¸c dông lªn dÇm chñ:

a/.M« men do tÜnh t¶i:

 §èi víi dÇm biªn

KÕt qu¶ tÝnh to¸n néi lùc tÜnh t¶i t¸c dông lªn dÇm chñ

5.Nội lực do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ:

a Mômen do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ:

Đối với các mặt cắt đặc trng trong phạm vi từ gối đến giữa nhịp

2

tt

L

, ta xét 2 trờnghợp xếp xe bất lợi trên đờng ảnh hởng mômen của các mặt cắt đó nh hình vẽ sau:

Xe tải thiết kế (Truck)

Xe hai trục thiết kế (Tandem)

4,3m 4,3m

Xe hai trục thiết kế (Tandem)

Xe tải thiết kế (Truck)

Đảh Mk

1,2m

4,3m 4,3m

Xe hai trục thiết kế (Tandem)

Xe tải thiết kế (Truck)

y'5 y'2 y'3y'4

q làn

Truờng hợp 3 Truờng hợp 2

Tung độ ảnh huỏng mômen tại các mặt cắt đạc trng trong hai trờng hợp:

' 2

' 3

' 4

' 5

Trờng

hợp 3

'' 1

'' 2

'' 3

'' 4

'' 5

Mô men hoạt tải tác dụng bất lợi nhất ta lấy giá trị max tại các mặt cắt trêntrong cả 2 trờng hợp xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế

 Mômen gây ra do tải trọng làn

TảI trọng làn rải đều suất chiều dài cầu và có độ lớn q=9,3KN/m

Mômen do tải trọng làn gây ra tại các mặt cắt đặc trng xác định bằng phơng pháp

đờng ảnh hởng nhân giá trị của tải trọng làn với diện tích đờng ảnh hởng

 Mô men do tải trọng ngời đi bộ gây ra ở dầm biên

Coi nh dầm biên chịu toàn bộ tải trọng ngời đi PL=300Kg/m2

Tại mặt cắt dầm biên hệ số xung kích IM=25%

(lực xung kích không tính cho tảI trọng ngời đi và tải trọng làn

LLb mbHL xetk mblan lan mbPL PL

Trong đó hệ số phân bố hoạt tải

Với xe tảI thiết kế

Trong đó hệ số phân bố hoạt tải với mômen của dầm giữa g mg  0, 566

b.Lực cắt do hoạt tải tác dụng lên dầm chủ

Đối với các mặt cắt đặc trng trong phạm vi từ đầu gối đến

2

tt

L

, trờng hợp xếp xe bấtlợi nhất trên

đờng ảnh hởng lực cắt của mặt cắt đó thể hiện trên hình vẽ sau:

1,2m

4,3m 4,3m

Xe hai trục thiết kế (Tandem)

Xe tải thiết kế (Truck)

a.Tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn tại các mặt cắt dầm giữa

Trạng thái giới hạn cờng độ I

Cờng độ 2 MV 691.3180.000 875.131634.638 988.670 4173.832 5565.109626.909 345.659 0.000TTGH

Cờng độ 3 MV 1204.429 1119.457 1107.9080.000 1306.677 1498.821 6287.953 8787.443693.943 201.922TTGH

Sử dụng MV 921.9300.000 1005.582 1152.799 4837.421 6748.787856.547 847.660 528.912 149.572TTGH

Cờng độ 2 MV 809.1200.000 1024.256 1157.142 4885.063 6513.417742.782 733.736 404.560 0.000TTGH

Cờng độ 3 MV 1036.2680.000 1291.054 1481.266 6235.581 8495.898955.473 944.487 549.817 78.372TTGH

Sử dụng MV 807.8330.000 1007.260 1154.765 4861.824 6617.091744.687 736.100 427.386 58.053TTGH

+ h: Cánh tay đòn nội lực h = 1650 mm

=> Diện tích thép DƯL cần bố trí theo TTGHC® là

1176

86 , 3653

a Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I

Giai đoạn I: Khi thi công xong dầm, đã đổ bản bê tông mặt cầu Tuy nhiên giữadầm và bản mặt cầu chưa tạo ra hiệu ứng liên hợp

- Mặt cắt tính toán là mặt cắt dầm sau khi đã luồn cáp DƯL và bơm vữa lấp lòngống cáp

a.1 Đặc trưng hình học mặt cắt chưa có thép DƯL

- Mặt cắt tính toán là mặt cắt bị giản yếu bởi các ống cáp

- Diện tích mặt cắt dầm giảm yếu

Trong đó: + A : Diện tích mặt dầm giảm yếu0 '

+ A0: Diện tích nguyên của dầm

+ Aong: Diện tích một ống bọc cáp

SZA

Mặt cắtgối

Mặt cắtL/4

Mặt cắtL/2

Đơnvị

a2 Đặc trưng hình học mặt cắt có thép DƯL

- Quy đổi cáp DƯL thành bê tông và đặt nó tại trọng tâm cáp DƯL trên mặt cắt

+ A : Diện tích mặt cắt dầm sau khi quy đổi1

+ A0: Diện tích nguyên của dầm

Aps 5922.0 5922.0 5922.0 mm2

1

SZA

Mặt cắtL/4

Mặt cắtL/2

Đơnvị

+ I0: Mômen quán tính của mặt cắt dàm với TTH 0-0

+ A0: Diện tích nguyên của dầm

+ Aps: Diện tích cáp DƯL

+ np: Tỷ số môdun đàn hồi cáp DƯL và bê tông

+ Z1: Khoảng cách giữa TTH 0-0 đến TTH I-I

+Y : Khoảng cách từ trục TTH I-I đến đáy dầm1b

+Y :Khoảng cách từ trọng tâm cáp DƯL đến đáy dầmcapb

b Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II

Giai đoạn II: Khi bản mặt cầu đã đạt cường độ và tham gia tạo hiệu ứng liên hợpgiữa dầm và bản bê tong

- Mặt cắt tính toán là mặt cắt liên hợp ĐTHH của mặt cắt giai đoạn II là ĐTHHcủa tiết diện liên hợp

- Quy đổi bêtong bản mặt cầu thành bê tông dầm

+ Tỷ số môdun đàn hồi giữa bêtong bản và bê tông dầm:

cs p c

EnE

0,8733994,5

- Diện tích bản bê tông: As = bs.ts

Trong đó:

+bs: Bề rộng hữu hiệu của dầm với dầm biên là dầm bất lợi, bs = 2500 mm

+As: Diện tích bản bê tông

-Diện tích mặt cắt liên hợp: A2= A1 + ns.As

Đặc trưnghình học

Mặt cắtgối

Mặt cắtL/4

Mặt cắtL/2

Đơnvị

- Mômen tĩnh của mặt cắt liên hợp đối với TTH I-I:

Trong đó:

+ S : Mômen tĩnh của mặt cắt liên hợp đối với TTH I-I2

+ As: Diện tích bản bê tông mặt cầu

+ns: Tỷ số môdun đàn hồi giữa bê tông bản và bê tông dầm

+Y : Khoảng cách từ TTH I-I đến mép trên của dầm1t

2

SZA



- Khoảng cách từ TTH II-II đến mép dưới của dầm:Y2b Y1b Z2

Đặc trưnghình học

Mặt cắtgối

Mặt cắtL/4

Mặt cắtL/2

Đơnvị

+ I1: Mômen quán tính của mặt cắt dầm với TTH I-I

+ A1: Diện tích mặt căt dầm giai đoạn I

+ ns: Tỷ số môdun đàn hồi giữa bê tông bản và bêtong dầm

+ Z2: Khoảng cách từ TTH I-I đến TTH II-II

+ t

2

Y : Khoảng cách từ trục TTH II-II đến mép trên dầm

Đặc trưnghình học

Mặt cắtgối

Mặt cắtL/4

Mặt cắtL/2

Đơnvị

hiệu

Mặt cắtgối

Kíhiệu

Mặt cắtgối

Kíhiệu

Mặt cắtgối

Mômen tĩnh của mặt cắt S2 3.96E+08 4.11E+08 4.14E+08 mm4

d Độ lệch tâm của bó cáp DƯL

Đặc trưng hình học

Mặt cắtgối

Mặt cắtL/4

Mặt cắtL/2

Đơnvị

v kiÓm to¸n theo c¸c tr¹ng th¸i giíi h¹n

1 Theo trang thai giuoi han cuong do I

- TTGHCĐ phải được xét đến để đảm bảo cường độ và sự ổn định cục bộ và ổnđịnh tổng thể được dự phòng để chịu được các tổ hợp tải trọng quan trọng theothống kê được định ra để cầu chịu được trong phạm vi tuổi thọ thiết kế của nó

a Kiểm toán cường độ chịu uốn

- Các giả thiết tính toán:

+ Đối với các cấu kiện có cốt thép hoặc thép DƯL dính bám hoàn toàn, hoặctrong chiều dài dính bám của các tao thép DƯL không dính bám cục bộ hoặc đượcbọc thì ứng biến tỷ lệ thuận với khoảng cách tính từ trục trung hoà

+ Đối với các cấu kiện có các bó tao cáp dự ứng lực không dính bám hoàntoàn hay không dính bám một phần nghĩa là các tao thép trong ống bọc hay mấtdính bám, sự chênh lệch về ứng biến giữa bó thép và mặt cắt bê tông cũng như ảnhhưởng của độ võng đối với yếu tố hình học của bó thép phải đưa vào tính toán ứngsuất trong bó thép

+ Nếu bê tông không bị kiềm chế, ứng biến thích dụng lớn nhất ở thớ chịu nénngoài cùng không được lớn quá 0,003

+ Bỏ qua sức kháng kéo của bê tông

+ Giả thiết biểu đồ biến dạng là hình tam giác

+ Giả thiết biểu đồ ứng suất của bê tông là hình chữ nhật có:

 Giá trị 1 cạnh là : 0.85f'c

 Chiều cao của biểu đồ : a = β1c

- Sức kháng uốn của dầm phải đảm bảo Mr fMn Mu max

Trong đó:

+ f: Hệ số sức kháng uốn theo quy định, f= 1

+ Mumax: Mômen uốn lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp (kN.m)

+ Mn: Mômen kháng uốn danh định (kN.m)

+ Mr: Mômen kháng uốn tính toán (kN.m)

- Công thức tính toán sức kháng uốn:

+ hf: Chiều dày bản cánh chịu nén của dầm I, hf = ts (mm)

+ 1: Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất theo quy định

a c  : Chiều dày khối ứng suất tương đương (mm)

- Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức khang uốn danh định có thểđược xác định theo công thức sau:

+ Trường hợp trục trung hòa không đi qua sườn ( chiều dày bản cánh chịu nén

hf > c) Khi đó coi là mặt cắt chữ nhật nhưng phải thay bw bằng b

- Quy đổi về mặt cắt chữ T

+ Mặt cắt giữa nhịp:

Mặt cắt ban đầu Mặt cắt sau khi quy đổi

- Với mặt cắt ban đầu:

' 2

Quy đổi bê tông bản vể bê tông dầm: b =2219 mm

Quy đổi bê tông bản vể bê tông dầm: b =2219mm

- Cường độ chịu uốn tại các mặt cắt:

+ Sau khi tính được sức kháng uốn danh định của các mặt cắt ta đi kiểm

toán cường độ chịu uốn cho các mặt cắt:

Các đại lượngtính toán

Kíhiệu

Mặt cắtgối

Mặt cắtL/4

Mặt cắtL/2

Đơnvị

KC từ thớ chịu nén đên trọng tâm cốt

KC từ TTH đến thớ BT chịu nén ngoài

Chiều dày của khối ứng suất tương

Các đại lượng tính toán

Kíhiệu

Mặt cắtgối

Mặt cắtL/4

Mặt cắt

b Lượng cốt thép tối đa

- Công thức kiểm tra:

e

c0,42

Các đại lượngtính toán

Kíhiệu

Mặt cắtgối

Mặt cắtL/4

Mặt cắtL/2

ĐơnvịKhoảng cách từ trục trung hòa đến thớ

Khoảng cách từ thớ BT chịu nén ngoài

VI) TÝnh to¸n s¬ bé mè cÇu :

1) CÊu t¹o mè cÇu: