Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép

Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Các số liệu cho trớc Dầm I, chiều dài toàn dầm L = 22 mét, kết cấu kéo trớc Khổ cầu K10.5m Không có ngời đi.3 ln xe Tải trọng thiết kế HL 93 Loại cốt thép dự ứng lực: bó sợi song song 245 Sinh viên : Nguyễn Quang huy Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu Chọn khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối a = 0.3 m Chiều dài tính toán nhịp Ltt = 22-2ì0.3 = 21.4 m Cầu gồm dầm có mặt cắt chữ I chế tạo bê tông có fc = 45 MPa, Bản mặt cầu có chiều dày 20 cm, đổ chỗ bê tông có fc = 45 MPa, tạo thành mặt cắt liên hợp Trong trình thi công, độ dốc ngang mặt cầu đợc chế tạo cách kê cao gối Lớp phủ mặt cầu có lớp: Lớp phòng nớc 0.5 cm Lớp BT ASPHAL cm Khoảng cách dầm chủ S = 2.4 mét 10500 500 2.00 500 2400 2400 2400 2400 950 11500 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ Dầm chủ tiết diện chữ I với kích thớc sau: - Chiều cao toàn dầm : 125 cm - Chiều dày sờn dầm : 20 cm - Chiều rộng bầu dầm : 60 cm - Chiều cao bầu dầm : 25 cm - Chiều cao vút bụng bầu dầm : 20 cm - Chiều rộng cánh dầm : 80 cm - Phần ghờ đỡ bê tông đổ trớc : 10 cm bên Các kích thớc khác xem hình vẽ Sinh viên : Nguyễn Quang huy Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 600 600 1250 1250 200 250 200 500 120 80 800 100 120 80 800 600 600 Mặt cắt dầm chủ Mặt cắt gối (Mở rộng s ờn dầm) 1.3 Chiều cao kết cầu nhịp Yêu cầu hmin = 0.045Ltt L = 21.4 m chiều dài nhịp tính toán hmin chiều cao tối thiểu kết cấu nhịp kể mặt cầu hmin = 1250 + 200 = 1450 mm Theo yêu cầu hmin = 0.963 m thoả mãn yêu cầu chiều cao tối thiểu Xác định chiều rộng cánh hữu hiệu 3.1 Đối với dầm Bề rộng cánh hữu hiệu lấy giá trị nhỏ + 1/4 chiều rộng dài = 0.25x21400 = 5350 mm + 12 lần độ dày trung bình cộng với số lớn bề dày ban dầm 1/2 bể rộng cánh dầm = 12x200 + max(200, 0.5x600) = 2700 mm + Khoảng cách trung bình dầm kề = 2400 mm Vậy be = 2.4 m 3.2 Đối với dầm biên Bề rộng cánh dầm hữu hiệu lấy 1/2 bề rộng hữu hiệu dầm cộng với trị số nhỏ trị số sau: + 1/8 chiều dài nhịp tính toán = 0.125x21400 = 2675 mm + lần chiều dày trung bình cộng với trị số lớn 1/2 bể rộng sờn dầm 1/4 chiều dày cánh dầm = 6x200+max(0.5x200,0.25x600) = 1350 mm + Bề rộng phần hẫng = 1200 mm Vậy be = 2.4m Dầm (bi) 2400 mm Dầm biên (be) 2400 mm Sinh viên : Nguyễn Quang huy Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Tính toán mặt cầu 10500 500 2.00 500 2400 2400 2400 2400 950 11500 a b c d e 4.1 Phơng pháp tính nội lực mặt cầu áp dụng phơng pháp gần theo điều 4.6.2 (aashto), mặt cầu phân tích nh dầm liên tục dầm 4.2 Xác định nội lực mặt cầu tĩnh tải Lấy mô men dơng lớn để đặt tải cho vùng có mô men dơng, tơng tự mô men âm Sơ đồ đồ án dầm liên tục nhịp đối xứng, vị trí cần tính toán a, b, c, d, e nh hình Theo quy định chiều dài nhịp phải lấy khoảng cách S tim hai dầm liền kề để xác định hiệu ứng lực dải cấu kiện đỡ đợc giả thiết cứng tuyệt đối Các tải trọng bánh xe đợc mô hình hoá theo hai kiểu tải trọng tập trung tải trọng vệt, để đơn giản tính toán ta coi tải trọng bánh xe tải trọng tập trung Các yếu tố thuộc tính tải tác dụng lên mặt cầu gồm tĩnh tải trải TTBT mặt cầu, TTBT lớp phủ, lực tập trung lan can tác dụng lên phần hẫng Ta tính cho mét dài mặt cầu theo phơng dọc ngang cầu + Bản mặt cầu dày 200 mm, tỷ trọng 24 kN/m3 gDC(bmc) = 200.1000.24.10-6 = 4.8 kN/m + Thiết kế lớp phủ dày 75 mm, tỷ trọng lớp phủ 22.5 kN/m3 gDW = 75.1000.22.5.10-6 = 1.665 kN/m + Tải trọng lan can cho phần hẫng: Thực chất lực tập trung quy đổi lan can không đặt mép mặt cầu, nhng để đỡ công tính toán thiên an toàn nên ta coi đặt mép gDC(Lan can) = 7.456 kN/m Để tính nội lực cho mặt cắt b, c, d, e ta vẽ đờng ảnh hởng mặt cắt xếp tải lên đờng ảnh hởng Do sơ đồ tính toán mặt cầu Sinh viên : Nguyễn Quang huy Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta dùng chơng trình hỗ trợ Sap Midas để vẽ tính toán Công thức xác định nội lực tính toán: MU = (PMDC1+PMDC2+PMDW) : Là hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d tầm quan trọng khai thác lấy = 0.95 P : Là hệ số tĩnh tải đợc lấy theo bảng sau: Loại tải trọng DC: Cấu kiện thiết bị phụ DW: Lớp phủ mặt cầu tiện ích TTGH CĐ1 1.25 0.9 1.5 0.65 TTGH Sử dụng 1 4.2.1 Nội lực mặt cắt a Mô men mặt cắt a mô men phần hẫng Sơ đồ có dạng công son chịu uốn Lan can Lớp phủ Bản mặt cầu 450 950 M a= Trong THGH CĐ1 Ma= =9.806kN m Sinh viên : Nguyễn Quang huy Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Trong THGH SD Ma= =8.356 kNm 4.2.2 Nội lực mặt cắt b Đờng ảnh hởng Mb Để tạo ứng lực lớn tĩnh tải, phần đờng ảnh hởng dơng ta xếp tĩnh tải với hệ số lớn 1, phần đờng ảnh hởng âm với hệ số nhỏ Công thức : MU = (PMDC1+PMDC2+PMDW) Trong đó: Đối với đờng ảnh hởng dơng + TTGHCĐI P/bmc = 1.25; P/DW = 1.5 + TTGHSD P/bmc = 1; P/DW = Đối với đờng ảnh hởng dơng + TTGHCĐI P/bmc = 0.9; P/DW = 1.5 + TTGHSD P/bmc = 0.65; P/DW = Quá trình giải toán đợc mô hình hoá Midas với: Mặt cắt 0.2ì1 mét Vật liệu : Bê tông theo tiêu chuẩn ASTM Grade 4000 Phân chia trờng hợp tải tính toán cho ta kết sau: Mặt cắt b Đah + - DC1 2.72 -1.92 DW 0.98 -0.36 4.2.3 Nội lực mặt cắt Mc Làm tơng tự nh , ta có bảng kết sau: Bảng 4.2.3 Mặt cắt Đah Sinh viên : Nguyễn Quang huy DC1 DW Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép c + - 4.2.4 Nội lực mặt cắt Md 1.16 -3.14 0.19 -1.06 Bảng 4.2.4 Mặt cắt d 4.2.5 Nội lực mặt cắt e Đah + - DC1 2.44 -1.32 DW 0.75 -0.4 Bảng 4.2.5 Mặt cắt e Đah DC1 DW + 0.8 0.29 -3.24 -0.98 Bảng tổng hợp nội lực tĩnh tải mặt cắt (a, b, c, d, e) là: TTGHSD TTGHCĐ1 Mặt cắt Đah DC1 DW DC1 DW b + 2.72 0.98 3.4 1.47 c d e + + + - -1.92 1.16 -3.14 2.44 -1.32 0.8 -3.24 Sinh viên : Nguyễn Quang huy -0.36 0.19 -1.06 0.75 -0.4 0.29 -0.98 -1.728 1.45 -2.826 3.05 -1.188 -2.916 -0.234 0.285 -0.689 1.125 -0.26 0.435 -0.637 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 4.3 Xác định nội lực hoạt tải Do đồ án cầu thiết kế dành riêng cho xe chạy nên tính tải trọng hành đồng thời với hoạt tải xe thiết kế Tải trọng thiết kế dùng cho mặt cầu quy tắc xếp tải: áp dụng theo điều 3.6.1.3.3 quy trình + Do nhịp S = 2400 < 4600 mm nên phải đợc thiết kế theo bánh xe trục 145 kN + Tải trọng bánh xe phải đợc giả thiết trọng phạm vi đơn vị trục xe tăng tải trọng bánh xe lực ly tâm lực hãm không cần đa vào tính toán mặt cầu + Xe đợc xếp theo chiều ngang cầu cho tim tải trọng bánh không đợc nhỏ hơn: * 300 mét tính từ mép đá vỉa lan can thiết kể mút thừa * 600 mét tính từ mép xe thiết kế tính phận khác + Phải xếp tải cho gây đợc hiệu ứng bất lợi âm dơng Bề rộng dải tơng đơng theo điều 4.6.2.1.3: - Phần hẫng:SW = 1140 + 0.833X = 1140 + 0.833ì400 = 1264.95 mm, X = 950 500 300 = 150 mm Mô men dơng M+: SW = 660 + 0.55ìS = 1980 mm Mô men âm MSW = 1220 + 0.25ìS = 1820 mm Trong đó: X 300 X: khoảng cách từ tải trọng đến điểm gối tựa (mm) S : khoảng cách tim hai dầm liền kề SW : bề rộng dải tơng đơng P(N) : tải trọng trục xe 4.3 Nội lực hoạt tải Theo phơng ngang khoảng cách trục Truck Tandem nh (1.8 mét) Nhng trục Truck nặng Tandem việc tính nội lực Tandem không cần thiết mà cần tính cho Truck Vẽ dah xếp tải nh hình: Công thức xác định mô men TTGHCĐ cho mét dài mặt cầu: MTruckLoad(+) = MTruckLoad(-) = MTruckLoad(hẫng) = Sinh viên : Nguyễn Quang huy Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Căn vào sơ đồ xếp tải ta tính đợc giá trị bảng sau: Mặt cắt Giá trị(KNm) Trạng thái gới hạn cờng độ a -8.93 b 29.48 c -29.75 d 20.85 e -26.35 Công thức xác định mô men TTGHSD cho mét dài mặt cầu: Mặt cắt Giá trị(KNm) a -6,590 Trạng thái gới hạn sử dụng b c d 16.84 -17.21 11.91 Vậy nội lực để thiết kết mặt cầu là: Mômen Âm TTGH Cờng độ1 33.265 TTGH Sử dụng 19.23 e -16.11 Dơng Hẫng 34.37 29.86 20.12 18.02 4.4 Vật liệu thiết kế mặt cầu - Bê tông có fc = 40 MPa Ec = 33994.48 MPa - Cốt thép fy = 420 MPa Es = 2ì105 MPa 4.5 Tính toán cốt thép chịu lực - Lớp bảo vệ: Theo bảng A5.12.3-1 ta có: + Mép a = 60 mm chịu mài mòn vầu lốp xe + Mép dới a = 25 mm - Sức kháng uốn bản: Mr = Mn = 0.9 TTGHCĐ1 hệ số sức kháng theo điều 5.5.4.2.1 Mr: Sức kháng uốn tính toán Mn: Sức kháng uốn danh định - Đối với cấu kiện chịu uốn phân bố ứng suất gần hình chữ nhật cạnh 0.85fc sức kháng uốn danh định tính nh sau: Sinh viên : Nguyễn Quang huy Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Vì thép ứng suất trớc nên : As = 0; b = bw Do Trong đó: As : Diện tích cốt thép thờng chịu kéo fy : Giới hạn chảy quy đinh cốt thép ds : Khoảng cách từ trọng tâm CT thờng chịu kéo đến thớ nén As: Diện tích CT chịu nén fy' : Giới hạn chảy CT chịu nén dp: Khoảng cách từ trọng tâm CT chịu nén đến thớ nén b : Bề rộng mặt chịu nén cấu kiện bw: Chiều dày bụng : Hệ số chuyển đổ biểu đồ ứng suất a = cì : Chiều dày khối ứng suất tơng đơng Theo TTGHCĐ cốt thép phải bố trí cho mặt cắt đủ khả chịu lực 4.5.1 Bố trí cốt thép chịu mô men âm mặt cầu (cho mét dài mặt cầu) kiểm toán theo TTGHCĐ + Không xét đến cốt thép chịu nén ( bố trí cho mô men dơng mặt cầu) + Mô men tính toán cho mô men âm mặt cầu Mu = 33.265kNm + Ta chọn trớc số kiểm toán cờng độ: + Bố trí cốt thép 16 Diện tích cốt thép = 0.85 (12/7)ì0.05 = 0.764 > 0.65 = 16.249mm a=.c=0,764*16,249 =15,419mm 10 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 10 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Vị trí neo Vị trí tim bó cáp mặt cắt dầm a a y f yt Vị trí tim bó cáp Mặt cắt toạ độ x yt Vị trí tim bó cáp mặt cắt gối xt Ltt/2 + Giá trị (y+a) khoảng cách tính từ trọng tâm bó cáp đến đáy dầm 7.3 Tính đặc trng hình học Đặc trng hình học đợc xác định theo giai đoạn hình thành tiết diện Đối với dầm chữ I căng trớc cần xét đến giai đoạn sau: 7.3.1 Giai đoạn cha liên hợp Sau căng cốt thép dự ứng lực, đổ bê tông dầm, mặt cắt phải đợc tính lại có cốt thép dự ứng lực Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: n = 197000/33914.98 = 5.808 Với mặt cắt đặc trng ta tính trị số sau: + A1 : Diện tích tính đổi cha liên hợp + S1 : Mô men tĩnh mặt cắt tính đổi cha liên hợp trục qua mép cánh dới + y1t : Khoảng cách tính từ trục trung hoà đến mép mặt cắt + y1d : Khoảng cách tính từ trục trung hòa đến mép dới mặt cắt + I : Mô men quán tính mặt cắt cha liên hợp 7.3.2 Giai đoạn lên hợp Trong giai đoạn cần phải xét đến hệ số quy đổi bê tông mặt cầu bê tông dầm chủ: N = EBTbmc/EBTdc = 31975.35/33914.98 = 0.943 Các mặt cắt đặc trng cần đợc tính lại trị số nh Ta thấy mặt cắt cách gối 0.8 mét nằm đoạn mở rộng đầu dầm nên số đặt trng hình học giống nh mặt cất gối Tơng tự với mặt cắt L/2 mặt cắt L/4 Các kí hiệu có số o để đặc trng hình học mặt cắt nguyên cốt thép Hệ đơn vị dùng đê tính toán bảng milimét Các giá trị quan tâm đợc tô đậm 40 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 40 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Cha Liên hợp Liên hợp Mặt cắt cha liên hợp tính đổi cho dầm biên Mặt cắt Gối 0.8 L/4 791820 791820 538520 A1 5.1E+08 5.1E+08 3.29E+08 S1 640.262 639.285 611.5905 yd1 609.738 610.715 638.4095 yt1 1E+11 1E+11 9.17E+10 I 550 496.741 272.5 yps Mặt cắt A2 S2 yd2 yt2 I Mặt cắt liên hợp Gối 0.8 L/2 538520 3.28E+08 609.0964 640.9036 9.17E+10 180 L/4 L/2 1313800 1313800 1025800 1025800 8.9E+08 881.066 368.934 2.5E+11 8.9E+08 881.066 368.934 2.5E+11 9.3E+08 907.028 342.972 2.22E+11 9.3E+08 907.028 342.972 2.22E+11 Tính toán mát ứng suất Đối với dầm kéo trớc ta có mát ứng suất sau: 8.1 Mất mát nén ngắn đàn hồi Trong đó: fcgp : Là tổng ứng suất bê tông trọng tâm bó thép ứng suất trớc dự ứng lực truyền tự trọng phận mặt cắt mô men dầm (MPa) Ep : Là mô đun đàn hồi thép dự ứng lực (MPa) Eci : Là mô đun đàn hồi bê tông lúc truyền lực (MPa) Fi = 0.7ìfpuìAps = 0.7ì1860ì2500ì10-3 = 3255 kN Mdg : mô men xe trục gây mặt cắt nhịp cha nhân hệ số Mdg = 1326.3 kNm eCL: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến trọng tâm mặt cắt (Xét mặt cắt nhịp) Khoảng cách từ trọng tâm đám cốt thép chịu kéo tới đáy dầm y = (3ì120+1ì220+1ì330)/5 = 180 mm Vậy eCL = 609.1 180 = 429.1 mm = 43cm 41 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 41 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Xét cho mặt cắt gối ta có y = (2ì250 + 1ì500 + 1ì750 + 1ì1000)/ =550 mm eCL = 640.262 550 = 90 mm Ta có: Ep = 197000 MPa Eci = 4800ìSQRT(40) = 30360 MPa 8.2 Mất mát tự trùng cốt thép lúc truyền lực Trong đó: t : thời gian giả định từ lúc căng đến lúc cắt cốt thép = ngày fpj : ứng suất ban đầu bó cốt thép cuối giai đoạn căng + Lặp lần Tính lại fpj fpR1: fpj = 1356.89 17.52 = 1339.37 (MPa) + Lần lặp Fj = Aps ì fpj = 2500ì1349.29 = 3373.225 (kN) 42 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 42 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 8.3 Mất mát co ngót 8.4 Mất mát từ biến 8.5 Tính gần tổng số mát theo thời gian: Trong PPR = tỷ lệ dự ứng lực phần + Đối với tao cáp có độ trùng thấp thì: 8.6 Tổng mát dự ứng suất: fpT = ( Tổng mát ban đầu)+(Tổng mát theo thời gian) =10.51+16.6 + 218.2 = 245.31 (MPa) Kiểm toán theo trạng thái giới hạn cờng độ Trạng thái giới hạn cờng độ phải đợc xem xét đến để đảm bảo cờng độ ổn định cục tổng thể đợc dự phòng để chịu đợc tổ hợp tải trọng quan trọng theo thống kê đợc định để cầu chịu đợc tuổi thọ thiết kế Trạng thái giới hạn cờng độ dùng để kiểm toán mặt cờng độ ổn định 9.1 Kiểm toán cờng độ uốn + Công thức kiểm toán trạng thái giới hạn cờng độ Mu Mn + Mô men tính toán Mu trạng thái giới hạn cờng độ 43 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 43 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Mu = iMi 44 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 44 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Mặt cắt Mô men Kết Mu dầm tính L/2 L/4 0.8m Gối Dầm 4026.19 2895.1 457.22 Dầm 5777.96 4145.5 647.07 + Sức kháng uốn tính toán Mr = Mn Trong đó: : là hệ số khánh uốn đợc quy định điều 5.5.4.2, dùng cho uốn kéo bê tông cốt thép ƯST Mn: Sức kháng uốn danh định Tính toán sức kháng uốn danh định: Quan hệ tự nhiên ứng suất bê tông chịu nén ứng biến coi nh khối hình chữ nhật tong đơng 0.85fc phân bố giới hạn mặt chịu nén mặt cắt đờng thẳng song song với trục trung hoà Hệ số lấy 0.85 bê tông có cờng độ không lớn 28 MPa Với bê tông có cờng độ lớn 28 MPa, hệ số lấy giảm theo tỷ lệ 0.05 cho tong MPa vợt 28 Mpa, nhng không nhỏ trị số 0.65 Công thức tính toán sức kháng uốn: bc 0.85fc' a d's hc 0.85 f fc'(bc-b) ds dp A's As'fy 0.85 fc'bhc b Aps As Coi mặt cắt có cốt thép ứng suất trớc chịu lực ta có: Trong đó: Aps: Diện tích thép ứng suất trớc (mm2) fps : ứng suất trung bình thép ứng suất trớc sức kháng uốn danh định 45 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 45 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép dp : khoảng cách từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm) As : Diện tích cốt thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm2) fy : Khoảng cách tải trọng từ thớ nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm) As: Diện tích cốt thép chịu nén (mm2) fy' : Giới hạn chảy quy định cốt thép chịu nén (MPa) dp' : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén (mm) fc : Cờng độ chịu nén quy định bê tông tuổi 28 ngày (MPa) bc : Bề rộng mặt chịu nén cấu kiện (mm) bw : Chiều dày bụng.(mm) : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định điều 5.7.2.2 = 0.85 (12/7)ì0.05 = 0.764 > 0.65 h1 : Chiều dày cánh chịu nén cấu kiện dầm I T (mm) c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén (mm) a = c : chiều dày khối ứng suất tơng đơng + Tính toán ứng suất thép ứng suất trớc mức sức kháng uốn danh định Đối với cốt thép ứng suất trớc dính bám mặt cắt hình chữ T chịu uốn quanh trục, có ứng suất phân bố nh quy định điều 5.7.2.2 fPe ( ứng suất có hiệu lại thép ứng suất trớc) = 0.74ìfPu < 0.5 fPu ứng suất trung bình thép ứng suất fps lấy nh sau: Trong đó: Giới hạn chảy tao thép mác 270 fPy = 0.9 fPu Sau tính đợc c c < hf tức trục trung hoà qua cánh Khi coi mặt cắt hình chữ nhật để tính Theo điều 5.7.3.2.3 chiều dày cánh chịu nén h > c xác định theo phơng trình sức kháng uốn danh định Mn xác định theo phơng trình b phảit hay bf Công thức xác định c đợc viết lại nh sau: 46 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 46 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Kiểm tra cờng độ uốn: Tiến hành kiểm tra mặt cắt tiêu biểu mặt cắt nhịp, mặt cắt 1/4 nhịp, mặt cắt cách gối 0.8 mét Mặt cắt 0.8 L/4 L/2 Mu 647.1 4145.54 5777.9642 k 0.28 0.28 0.28 0.764 0.764 0.764 dp 953.3 1177.5 1270 c 77.74 78.08337 78.189111 a 59.4 59.6557 59.736481 fps 1818 1825.464 1827.9363 Mn 4295 5336.676 5790.26 Mr 4295 5336.676 5790.26 Ktra đạt đạt đạt yps : toạ độ trọng tâm đám cốt thép dự ứng lực đến đáy dầm bảng sau: đơn vị mm Nặt cắt gối 0.8m L/4 L/2 K/c trọng tâm đám ct đến đáy 550 496.7 272.5 180 dp = H(liên hợp) - yps Vậy mặt cắt thoả mãn cờng độ 47 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 47 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 9.2 Kiểm tra hàm lợng cốt thép ứng suất trớc + Kiểm tra hàm lợng cốt thép tối đa: Hàm lợng cốt thép tối đa phải thoả mãn điều kiện sau: c\de 0.42 Coi As = , không tính đến cốt thép thờng nên de = dp Với mặt cắt ta tính đợc: Mặt cắt L/8 L/4 L/2 dp 953.3 1177.5 1270 c 77.74 78.08337 78.189111 c/dp 0.082 0.066313 0.0615662 ktra Thoả Thoả Thoả Vậy mặt cắt thoả mãn điều kiện hàm lợng cốt thép tối đa + Kiểm tra hàm lợng cốt thép tối thiểu: Điều kiện hàm lợng cốt thép tối thiểu Mr > min(1.2Mcr, 1.33Mu) Trong đó: Mcr sức kháng nứt đợc xác định sở phân bố ứng suất đàn hồi cờng độ chịu kéo uốn fr Trong trạng thái giới hạn sử dụng, trạng thái cuối ( mặt cắt liên hợp), ứng suất kéo bê tông đáy dầm loại tải trọng là: Trong đó: Pj = Aps(0.8fpy - mát) = 2500(0.8ì1336-245.31)=2058725 (MPa.mm2) MDC1 = gDC1(bmc+dn + đỡ)m = 1343 kNm MDC2 = gDC2(lan can)m = 432 kNm MDW = gDWm = 176 kNm MTTBT = gDC1(dc)m = 754 kNm Mặt cắt f 0.8 3.83 L/4 3.93 L/2 3.93 Nh Mcr mô men gây thêm cho dầm để ứng suất thớ dới bê tông đạt đến ứng suất kéo: Mcr = (4.266 3.83)ìI2ì10-6/y2d 48 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 48 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Mặt cắt 0.8 L/4 L/2 Mcr 112 72.7 72.7 1.22Mcr 134 87.3 87.3 1.33Mcr 148 96.7 96.7 min() 134 87.3 87.3 Mr 4295 5336.676 5790.26 Vậy mặt cắt thoả mãn điều kiện Mr > min(1.2Mcr, 1.33Mu) Tức thoả mãn điều kiện hàm lợng thép tối thiểu 9.3.Tính cốt đai kiểm toán mặt cắt theo TTGH CĐ1 Công thức tính sức kháng cắt Vr = Vn Trong : =0.9 Hệ số sức kháng VN = sức kháng cắt danh định Sức kháng cắt danh định phải đợc xác định trị số nhỏ : Vn = Vc + Vs + VP Vn = 0.25f'cbvdv + VP Trong : Vc=0.083 bvdv : = góc nghiêng cốt thép ngang phơng trục dọc =90o bv = Bề rộng bụng có hiệu bv=600 mm dv = Chiều cao chịu cắt có hiệu đợc lấy cự ly đo thẳng góc với trục trung hoà hợp kéo uốn (dv), nhng không lấy trị số lớn (0,9de)và (0,72h) dv = max(dv; 0,9de;0,72h)= 900 mm dv = cánh tay đòn = Mu/C =Mu/(Aps+AsfY)= 0,72.h = 0,72.1250= 900 mm (Khống chế) 0.9de=0,9(h-y) = 0.9ì( 1250 550) = 630 mm Trong y: toạ độ trọng tâm bó cốt thép mặt cắt gối VP =Thành phần lực ứng suất trớc có hiệu hớng lực cắt tác dụng dơng ngợc chiều với lực cắt (N) VP = (Pe)sin ( góc hợp phơng nằm ngang hớng cáp),Vp>0 ngợc chiều với lực cắt Do cách bố trí cốt thép DƯL cong nên gây lực cắt cho dầm(Vp chọn s 0,8dv = 0,8.900= 720 mm => s = min( bv ; 0,8dv )= (600; 720) => s 600 mm Chọn s =100 mm cho mặt cắt gần gối bố trí tha dần dầm, cụ thể 150 mm cho mặt cắt L/4 200 mm cho mặt cắt dầm Av =Diện tích cốt thép chịu cắt cự ly S (mm2).Chọn cốt đai 12 Av =2ìAs (đai nhánh ) = 2ì3,1415.122/4 = 226.1952 mm2 = Hệ số khả bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo tra bảng 5.8.3.4.2-1phụ thuộc v = góc nghiêng ứng suất nén chéo đợc xác định điều 5.8.3.4 Xác định : phụ thuộc vào v ứng suất cắt bê tông phải xác định theo: Giả thuyết tính đợc ứng biến, ứng biến cốt thép phía chịu kéo uốn cấu kiện phải xác định theo : Trong = Hệ số sức kháng cắt lấy 0,9 Nu = Lực dọc trục tính toán , lấy dơng chịu nén (N) Nu=Nps =Pe(cos) Vu = lực cắt xe trục gây mặt cắt TTGH CĐ Mu = Mô men tính toán (N-mm) fPC = ứng suất thép ứng suất trớc ứng suất bê tông xung quanh 0,0 (Mpa), fPC fPe Có v tra bảng tính đợc , kiểm tra có gần với giả thuyết, không giả thuyết lại 50 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 50 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Tuy nhiên khuôn khổ đồ án TKMH cho =2, =45o Tính toán bố trí cốt đai cho đoạn dầm gần mặt cắt gối Lợng cốt đai tối thiểu : Vc = 0.083 bvdv =0.083ì2ì Vc = 601.323 kN ì600ì900 Vs = 855.036 kN Vp = 435.64 kN =>Vn1 = Vc + Vs + VP = 601.323 + 855.036 + 435 64 = 1892 kN Vn2= 0.25f'cbvdv + VP= 0.25.ì45ì600ì900 + 435.64 =6075.4 KN Vậy VN=1892 KN =>Vr=.VN=0.9ì1892 =1702.8 (kN) > Vu=281.79 kN 51 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 51 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Vậy mặt cắt gối thỏa mãn cờng độ chống cắt Bảng tính mặt cắt Mặt cắt Vu bv dv s Vc Vs Vp Vn Vr Ktra Gối 281.79 600 900 100 601.32 855.04 -135.46 1320.9 1188.8 đạt 0.8 269.8 600 900 150 601.3 570 198 1369 1232 đạt L/4 207.06 200 900 150 200.441 570.024 107.297 877.762 789.986 đạt L/2 119.285 200 900 200 200.44113 427.518 627.95913 565.16322 đạt Vậy chọn bớc cốt đai nh đáp ứng yêu cầu - 10 Kiểm toán theo TTGH Sử dụng Các vấn đề phải kiểm tra theo TTGH SD bê tông ứng suất trớc ứng suất bê tông, biến dạng hay độ võng 10.1 Các giới hạn ứng suất bê tông ứng suất bê tông đợc tính theo TTGH SD, giới hạn mức ứng suất bê tông tính toán cờng độ bê tông yêu cầu Do kéo trớc nên kiểm tra ứng suất lúc khai thác: Lúc khai thác sau mát: Giới hạn ứng suất kéo bê tông là: 0.5ìSQRT(fci) = 3.354 MPa fDC1 + fDC2 + fDW + fLL+IM + fDN + fPSF 3.354 MPa Giới hạn ứng suất nén bê tông - Do dự ứng lực tải trọng thờng xuyên 0.45fc = 20.25 MPa fDC1 + fDC2 + fDW + fPSF 20.25 MPa Do tổng DƯL hữu hiệu, tải trọng thờng xuyên, tải trọng thời, tải trọng tác dụng vận chuyển bốc xếp fDC1 + fDC2 + fDW + fLL+IM + fDN + fPSF -27 MPa 10.1.1 Tính toán ứng suất mép (nén âm) 52 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 52 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 10.1.2 Tính toán ứng suất mép dới 53 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 53 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Bảng tổng hợp Mặt cắt gối 0.8m L/4 L/2 yps 550 496.7412001 272.5 180 yd1 640.262 639.285 611.5905 609.0964 yt1 609.738 610.715 638.4095 640.9036 E 90.262 142.5437999 339.0905 429.0964 I1 1.00E+11 1.00E+11 9.17E+10 9.17E+10 yd2 881.066 881.066 907.028 907.028 yt2 368.934 368.934 342.972 342.972 I2 2.50E+11 2.50E+11 2.22E+11 2.22E+11 Pi -3106725 -3106725 -3106725 -3106725 2.286993407 1.292298805 -1.41E+00 -3.39E+00 Trên 3.199012 3.1001246 -2.21E+06 3.0105034 Dới -0.00459651 -0.00460388 -0.005248261 -0.005268764 Trên 0.00482662 0.004819255 0.005027786 0.005007283 Dới -0.00819171 -0.008204834 -0.009353222 -0.009389762 Trên 0.008601792 0.008588666 0.008960301 0.008923761 Dới -0.00224195 -0.002241948 -0.002347051 -0.002347051 Trên 0.005354086 0.005354086 0.006207041 0.006207041 Dới -0.00303501 -0.003035014 -0.003177296 -0.003177296 Trên 0.007248037 0.007248037 0.008402717 0.008402717 Dới 3.225042536 3.126134645 -2.21E+06 3.039044201 < MPa 2.271963235 1.277248143 -1.42221127 -3.405247548 > -20.25 MPa 2.268928222 1.274213129 -1.425388566 -3.408424844 > -27 MPa fpsf fttbt fDC1 fDC2 fLL+IM s kéo s nén Ghi Kết luận: Kiểm toán thỏa mãn trạng thái giới hạn sử dụng - 54 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 54 [...]... Nguyễn Quang huy 29 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 35 kN 0.561 0.762 145 kN 0.907 0.963 145 kN Mặt cắt cách gối 0.8 mét 30 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 30 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 35 kN 0.598 0.799 1.000 145 kN 0.944 145 kN Mặt cắt gối 31 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 31 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Mặt cắt L/2 Tải trọng Hai trục Tải thiết kế Tải trọng làn Diện tích dah + Vị... 27 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Mlane Mtandem 28 532.33 1111 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 399.25 816.75 76.63 103.4 kNm kNm 28 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 5.4.3 Xếp tải HL 93 + Tải trọng làn lên đờng ảnh hởng lực cắt 0.299 35 kN 0.098 145 kN 0.444 0.500 145 kN Mặt cắt L/2 35 kN 0.348 0.549 0.694 145 kN 0.750 145 kN Mặt cắt L/4 29 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 29 Thiết kế môn học cầu. .. tra lợng cốt thép tối đa Lợng cốt thép tối đa phải thoả mãn điều kiện Với c = 16.249 là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến TTH Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lợng cốt thép tối đa + Lợng cốt thép tối thiểu phải thoả mãn: Vậy mặt cắt thoả mãn điều kiện về hàm lợng cốt thép tối thiểu 12 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 12 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép + Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép Theo... Xác định mô men quán tính của mặt cắt bị nứt tính đổi ra bê tông =699858078,1 mm4 ứng suất trong cốt thép ở mép dới bản : dc = 30 +14/2 = 37mm < 50 mm A= =18500 mm2(Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và đợc bao bởi các mặt cắt cuả mặt cắt ngang và đ14 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 14 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép ờng thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số... Quang huy 24 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Xác định đợc khoảng cách từ hợp lực các trục của xe tải đến trục giữa của nó là x = 1.455 mét, và nằm ở khoảng giữa hai trục sau Còn xe hai trục thì hợp lực chắc chắn phải ở giữa rồi Xe 3 trục Xe hai trục x = 1.455m 4,3m 1,2m 4,3m x=0,6m 110 KN 25 110 KN Sinh viên : Nguyễn Quang huy 35 kN 145 kN 145 kN 25 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 5.4.2 Xếp.. .Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Mn=As.fs.(dp- )=10005.312*420.(132- ).10-6= 53.115 KNm Mr=.Mn=0,9*53.115 = 47.8 KNm > Mu=33.265 KNm => (Thoả mãn) Vậy mặt cắt thoả mãn về cờng độ + Kiểm tra lợng cốt thép tối đa Lợng cốt thép tối đa phải thoả mãn điều kiện Với c = 16.249 là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến TTH Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lợng cốt thép tối đa + Lợng cốt thép tối... và khi thiết kế theo phơng ngang fsa : Là ứng suất kéo trong cốt thép ở TTGHSD 13 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 13 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép A : Diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và đợc bao bởi các mặt cắt của mặt cắt ngang và đờng thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lợng các thanh cốt thép (mm2) 4.5.5.1 Kiểm tra nứt đối với mô men dơng 200 Mô men... Các đặc trng vật liệu cho dầm chủ 6.1 Thép 6.1.1 Thép ứng suất trớc 34 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 34 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Sử dụng bó sợi song song 245 có diện tích 1 bó xấp xỉ là 5 cm2 Cờng độ chịu kéo quy định của thép : fpu = 1860 MPa Giới hạn chảy của thép ƯST : fpy = 0.9fpu =1670 MPa Mô đun đàn hồi của thép ƯST : Ep = 197000 MPa Sử dụng thép có độ trùng dão thấp của hãng VSL:... Giới hạn ứng suất kéo trong bê tông ( ứng suất tại thớ dới) ở trạng thái giới hạn sử dụng 35 Sinh viên : Nguyễn Quang huy 35 Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Trong đó: I, I : Là mô men quán tính của mặt cắt cha liên hợp và mặt cắt liên hợp yd, yd: Là khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ dới của mặt cắt cha liên hợp và liên hợp ( Giả thiết lấy mặt cắt không có cốt thép DƯL) 565 1256 335 600 350... điều kiện về hàm lợng cốt thép tối thiểu + Cự ly tối đa giữa các thanh cốt thép Theo điều 5.10.3.2, trong bản cự ly giữa các cốt thép không đợc vợt quá 1.5 chiều dày cấu kiện hoặc 450 mm Smax < 1.5ì200 = 250 (mm) 4.5.2 Bố trí cốt thép dơng cho bản mặt cầu ( cho 1 mét dài bản mặt cầu) và kiểm toán theo TTGH CĐ 1 + Không xét đến cốt thép chịu nén ( bố trí cho mô men âm của bản mặt cầu) + Mô men tính toán ... + + - -1 .92 1.16 -3 .14 2.44 -1 .32 0.8 -3 .24 Sinh viên : Nguyễn Quang huy -0 .36 0.19 -1 .06 0.75 -0 .4 0.29 -0 .98 -1 .728 1.45 -2 .826 3.05 -1 .188 -2 .916 -0 .234 0.285 -0 .689 1.125 -0 .26 0.435 -0 .637... thép c + - 4.2.4 Nội lực mặt cắt Md 1.16 -3 .14 0.19 -1 .06 Bảng 4.2.4 Mặt cắt d 4.2.5 Nội lực mặt cắt e Đah + - DC1 2.44 -1 .32 DW 0.75 -0 .4 Bảng 4.2.5 Mặt cắt e Đah DC1 DW + 0.8 0.29 -3 .24 -0 .98... sau: - Chiều cao toàn dầm : 125 cm - Chiều dày sờn dầm : 20 cm - Chiều rộng bầu dầm : 60 cm - Chiều cao bầu dầm : 25 cm - Chiều cao vút bụng bầu dầm : 20 cm - Chiều rộng cánh dầm : 80 cm - Phần