mẫu đồ án thiết kế cầu bê tông cốt thép dầm I căng sau

Đồ án mẫu thiết kế cầu bê tông cốt thép dầm I căng sau , đính kèm file CAD và thống kê cốt thép . Full lan can lề bộ hành .Dầm I là kết cấu cơ bản để hình thành các kết cấu mới phát triển sau như superT , dầm U, dầm hộp hay các dầm liên hợp.

1.3 Chọn kích thước sơ bộ:

1.3.1 Dầm chính:

- Mặt cắt ngang dầm chính:

Chiều cao dầm chính: H= 1000 mm

Chiều cao bầu dầm dưới: H1= 200 mm

Chiều cao vút dưới: H2= 100 mm

Chiều cao sườn dầm: H3= 450 mm

Chiều cao vút trên: H4= 100 mm

Chiều cao bầu dầm trên: H5= 150 mm

500 150200 150

500 150 200 150

1.4.1 Chọn cấu tạo lớp phủ mặt cầu

Bản mặt cầu dày: 200 mmLớp phòng nước (RC7) dày : 5mm

1.4.2 Chọn kết cấu lan can tay vịn

tay vịn n1 þ 80 dày 3 mm

dày 5 mmn2 þ 54

n3 160x6x2025

1400

Hình 1.2 kết cấu lan can tay vịn

1.4.3 Chọn kích thước mặt cắt ngang dầm chủ:

500 150 200 150

500 150 200 150

Thép tấm n6

thép ống n2

tay vịn n1

Thép tấm n4 160x6x6

65

A A

B B

1.4.5 Chọn cấu tạo ống thoát nước

Hình 1.5 cấu tạo ống thoát nước

1.4.6 chọn kích thước dầm ngang:

1.4.7 Vật liệu thiết kế cầu

Chọn bê tông có f'c = 30 (Mpa) làm bê tông bảnmặt cầu dầm ngang và lề bộ hành

Theo đề bài lấy bê tông có f' c = 50MPa làmbêtông dầm chủ

Lựa chọn cáp dự ứng lực:

Sữ dụng tao thép 12.7mm Diện tích 1 tao A1 =98.71 mm2

Cường độ chịu kéo của thép ứng suất

Môđun đàn hồi của thép ứng suất trước:

Lựa chọn cốt thép thường

Chọn thép AII làm thép chịu lực cho dầmngang , bản mặt cầu và lề bộ hành,và dùng làm thépcấu tạo cho dầm chủ

Thép AII có fy = 280 (Mpa)

Hình 1.4 bố trí dầm trên mặt cắt ngang cầu

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN LAN CAN LỀ BỘ HÀNH

2.1-Trọng lượng bản thân của lan can :

Từ lựa chọn cơ bản ở phần 1.2 ta tính trọng lượngbản thân cũa lan can (Hình 1.2)

Q8=

Trọng lượng bản thân của lan can và lề bộ hànhtính cho 1m dài cầu

tay vịn n1

Thép tấm n4

160x6x665

A A

B B

2000

Hình 2.2: lan can tay vịn theo phương dọc cầu

2.2.1 Sơ đồ tính toán thanh n 1

MẶT CẮT A-A

2.2.2 tải trọng tác dụng lên thanh n 1

Theo phương thẳng đứng

Trọng lượng bản thân : DClc = Q1 =0.061(N/mm)

Tải phân bố : w = 0.37 (N/mm)Tải tập trung : P = 890 (N)

2.2.3 Tính nội lực tác dụng lên thanh lan can n 1 theo phương thẳng đứng

Mômen do tỉnh tải tại mặt cắt giữa nhịp

2 DClc 0.061×2000

8Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp

2 PLlc 0.37×2000 890×2000

  với hoạt tải người)

MU là mômen tổng cộng do ngoại lực gây ra ởtrạng thái giới hạn cường độ

S là mômen kháng uốn của tiết diện

Lan can làm bằng thép CT3 có fy = 280 (Mpa)

Vậy thanh lan can n1 đảm bảo khả năng chịu lực

2.3- Kiểm toán thanh lan can n2:

2.3.1 Sơ đồ tính toán thanh n 2 :

2.3.2 tải trọng tác dụng lên thanh n 2 gồm

Theo phương thẳng đứng

Trọng lượng bản thân : DClc = Q1 =0.073(N/mm)

Trọng lượng bản thân của tấm n6 : Q6

= 0.17(N/mm)

Tải phân bố : w = 0.37 (N/mm)Tải tập trung : P = 890 (N)

Theo phương mằm ngang

Tải phân bố : w = 0.37 (N/mm)Tải tập trung : P = 890 (N)

2.3.3 Tính nội lực tác dụng lên thanh lan can n 2 theo phương đứng

Mômen do tỉnh tải tại mặt cắt giữa nhịp

Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp

2 PLlc 0.37×2000 890×2000

Q1+Q6=0.243N /mm

w=0.37N/

mm 200 0

Mômen tổng cộng do ngoại lực gây ra

Sức kháng của tiết diện thanh

n y

M =f ×S

S là mômen kháng uốn của tiết diện

Lan can làm bằng thép CT3 có fy = 240 (Mpa)

Vậy thanh lan can n2 đảm bảo khả năng chịu lực

2.4 Kiểm toán trụ lan can thép

tay vịn n1 Þ 80 dày 3 mm

dày 5 mm n2 Þ 54

n3 160x6x2025

Hình 2.4 chi tiết trụ lan can

Bỏ qua các lực thẳng đứng tác dụng vào trụ lan can

Lực ngang tác dụng vào trụ

P =

Ta kiểm toán tại hai mặt cắt sau :

Mặt cắt I – I có tiết diện thay đổi

Mặt cắt II-II có mômen lớn nhấtXét mặt cắt I-I

6 6

92 80

Hình 2.5: mặt cắt I-I

Mômen tại mặt cắt I-I

MI-I =1630x481=784030(Nmm)Mặt cắt I-I đảm bảo khả năng chịu lực khi

Mn  iMi

Sức kháng của tiết diện M =f ×Sn y

S mômen kháng uốn của tiết diện

Hình 2.6: mặt cắt II-II

Mômen tại mặt cắt II-II

MII-II = 1630x(184+665)=1383870(Nmm)Mặt cắt II-II đảm bảo khả năng chịu lực khi

M   M

3 3 2

* Kiểm tra độ mảnh của cột lan can [6.3.9]:

Trong đĩ:

+ K = 0.875: hệ số chiều dài hữu hiệu [22TCN 272-05;4.6.2.5]

+ : chiều dài khơng được giằng ( )

+ r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại mặt cắt I - I vì tiết diệnnhỏ nhất)

°Mơmen quán tính lấy đối với trục x-x:

° Mơmen quán tính lấy đối với trục y-y:

° Diện tích tiết diện:

° Bán kính quán tính đối với trục x-x:

° Bán kính quán tính đối với trục y-y:

2.5 Thiết kế cốt thép cho lề bộ hành :

2.5.1 Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành

Xét trên 1 m dàiHoạt tải người PL

PL = 0.003x1000 = 3(N/mm)

Tỉnh tải DCbh

DCbh = 1000x100x0.25x10-4 = 2.5 (N/mm)

2.5.2 Sơ đồ tính

Hình 2.7: sơ đồ tính lề bộ hành

* Giả sử bản dầm làm việc dạng dầm giản đơn

- Mơmen tại mặt cắt giữa nhịp:

2.6.1 Tính cốt thép cho momen âm (tại gối):

- Tiết diện chịu lực b x h = 1000 mm x 100 mm

- Giả thiết khoảng cách từ mép trên LBH đến trọng tâm cốt thép là 30 mm

- Giả thiết dùng Ø10 G40(280) có db = 10 mm, Ab = 78.5mm2, fy = 280 Mpa

-

- Xác định chiều cao vùng nén a:

- Bản lề bộ hành có : 28 MPa < f'c = 30 Mpa<56MPa

Hệ số quy đổi :

- Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà:

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn nhất, tương đương với điều kiện sau:

thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép lớn nhất

- Xác định diện tích cốt thép:

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

=> Chọn hàm lượng cốt thép tối thiểu để tính As

- Chọn 1000 mm có 5 thanh thép, diện tích cốt thép:

Trên phạm vi 22.6m thì diện tích cốt thép cần thiết là :

Chọn thép chịu lực chính cho lề bộ hành là AII đường kính ᶲ10

Diện tích 1 thanh :

Số thanh trên 22.6m là:

Khoảng cách giữa các thanh là :

Vậy theo phương ngang LBH ta bố trí Ø10a200

Phương dọc cầu bố trí Ø10a250

Hình 2.8 :Bố trí cốt thép trên LBH trên 1m dài

2.6.2 Tính cốt thép cho momen dương (giữa nhịp):

- Tiết diện chịu lực b x h = 1000 mm x 100 mm

- Giả thiết khoảng cách từ mép trên LBH đến trọng tâm cốt thép là 30 mm

- Giả thiết dùng Ø10 G40(280) có db = 10 mm, Ab = 78.5mm2, fy = 280 Mpa

-

- Xác định chiều cao vùng nén a:

- Bản lề bộ hành có: 28MPa< f'c = 30 Mpa<56MPa

- Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà:

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn nhất, tương đương với điều kiện sau:

thỏa điều kiện hàm lượng cốt thép lớnnhất

- Xác định diện tích cốt thép:

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu:

=> Chọn hàm lượng cốt thép tối thiểu để tính As

- Chọn 1000 mm có 5 thanh thép, diện tích cốt thép:

Trên phạm vi 22.6m thì diện tích cốt thép cần thiết là :

Chọn thép chịu lực chính cho lề bộ hành là AII đường kính 10

Diện tích 1 thanh :

Số thanh trên 22.6m là:

Khoảng cách giữa các thanh là :

Vậy ta bố trí thép như tại gối:

Phương ngang LBH ta bố trí Ø10a200

Phương dọc cầu bố trí Ø10a250

Vậy theo phương ngang cầu ta bố trí Ø10a200 chịu momen dương

Ta bố trí thép chịu lực cho lề bộ hành theo phương ngang cầu như hình vẽ:

Hình 2.9 Bố trí cốt thép trên lề bộ hành trên 1000m

2.7 Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm tra nứt):

2.7.1 Kiểm toán tại gối:

- Tiết diện kiểm toán:

Tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 mm x 100 mm

- Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gầnnhất:

< 50 mm

- Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép:

- Diện tích trung bình của bê tông bọc quanh 1 thanh thép:

- Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện:

- Khối lượng riêng của bêtông:

- Môđun đàn hồi của bêtông:

- Môđun đàn hồi của thép:

- Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông:

- Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt:

-Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi bị nứt:

-Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra:

- Khí hậu khắc nghiệt:

- Ứng suất cho phép trong cốt thép:

- So sánh: fsa = 365.1 Mpa > 0.6 x fy = 0.6 x 280 = 168 Mpa chọn fy = 168 Mpa đểkiểm tra:

Vậy thoả mãn điều kiện về nứt

Hình 2.10 : Sơ đồ ứng suất

2.7.2- Kiểm toán tại giữa nhịp:

Tiết diện và thép giống tại gối nên ta có:

Từ công thức :

Vì mà tại gối đã thỏa mãn điều kiện về nứt

Vậy thoả mãn điều kiện về nứt

2.8 Bó vỉa:

- Ta tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của bó vỉa dạng tường như sau:

+ Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo

+ Chọn cấp lan can là cấp L3 dùng cho cầu có xe tải

Bảng 2.1: Lực tác dụng vào lan can

Ms

= 50Þ 10a2100 0 Ms=N/mm

fs=12.19 MPa

Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tácdụng(mm)

+ Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng

Khi xe va vào đầu tường:

Khi xe va vào giữa tường:

Trong đó:

: sức kháng của bó vỉa

: sức kháng mômen trên một đơn vị chiều dài đối với trục thẳng đứng

: sức kháng mômen trên một đơn vị chiều dài đối với trục nằm ngang

: sức kháng của dầm đỉnh

H : chiều cao tường

: chiều dài đường chảy

: chiều dài phân bố của lực theo phương dọc cầu

Ft : lực xô ngang quy định ở bảng 2.1

2.8.1 Xác định : (Tính trên 1 mm dài)

- Ta bố trí cốt thép (hình 2.9)

Hình 2.11 Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa theo phương đứng

- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trí tươngtự

- Ta tính Mc trên 1mm Nên xét tiết diện bxh = 1x200

- Giả thiết dùng Ø14 G40(280) có db = 14 mm, Ab = 153.94 mm2, fy = 280 Mpa Bốtrí mm, 1000 mm dài có 5 thanh

- Diện tích cốt thép As trên 1mm:

- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

As = 0.77 mm2/mm > Asmin = 0.643 mm2/mmVậy thoả mản điều kiện hàm lượng cốt thép nhỏ nhất

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bó vỉa là 50 mm

- Xác định chiều cao vùng nén a:

- Bó vỉa có :

28MPa<f'c = 30 MPa<56MPa

Hệ số quy đổi :

- Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà:

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn nhất, tương đương với điều kiện sau:

5Ø14

- Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1 mm:

2.8.2 Xác định

- : Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng:

- Tiết diện tính toán b x h = 300 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (hình 2.10)

Hình 2.12 Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu

- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên rồi bên còn lại bố trítương tự

- Giả thiết dùng Ø14 G40(280) có db = 14 mm, Ab = 153.9 mm2 Bố trí cốt thépnhư hình 2.10

- Diện tích cốt thép As:

- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu:

As > Asmin Vậy thoả mản điều kiện hàm lượng cốt thép nhỏ nhất

- Xác định chiều cao vùng nén:

2Ø14

150 50

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn nhất, tương đương với điều kiện sau:

- Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa:

2.8.3 Chiều dài đường chảy (L c )

Chiều cao bó vỉa: H=300 mm, vì không bố trí dầm đỉnh nên

* Với trường hợp xe va vào giữa tường:

- Chiều dài đường chảy:

(thoả)

2.8.4 Kiểm tra trượt của lan can và bản mặt cầu:

- Biểu đồ phân tích lực truyền từ lan can xuống bản mặt cầu :

Hình 2.13 Biểu đồ phân tích lực truyền từ lan can xuống bản mặt cầu

- Sức kháng cắt danh định Rw phải truyền qua mối nối bởi ma sát cắt

- Giả thiết Rw phát triển theo góc nghiêng 1:1 bắt đầu từ Lc Lực cắt tại chân tường

do va xe, Vct trở thành lực kéo T trên 1 đơn vị chiều dài trên bản mặt cầu :

- Sức kháng cắt danh định Vn của mặt tiếp xúc [22TCN 272-05:5.8.4.1-1]:

Trong đó :

+ Acv :diện tích bêtông tham gia truyền lực cắt

+ Avf :diện tích cốt thép chịu cắt đi qua mặt phẳng cắt

Hình 2.14 Bố trí cốt thép cho lề bộ hành

SVTH: PHẠM VĂN TÌNH- 1251090162

CHƯƠNG 3 BẢN MẶT CẦU

3.1 Số liệu tính toán:

- Khoảng cách giữa 2 dầm chính là: L2 = 1650 mm

- Khoảng cách giữa 2 dầm ngang là: L1 = 5650 mm

- Xét tỷ số: = >1.5 bản làm việc theo 1 phương mặc dù bản được kêtrên 4 cạnh

- Bản mặt cầu kê lên cả dầm chính và ngang.Khi khoảng cách giữa các dầm nganglớn hơn 1,5 lần khoảng cách giửa các dầm chủ thì hướng chịu lực chính của bản theophương ngang cầu Theo điều 4.6.2.1.6 (22 TCN 272_05) cho phép sử dụng phươngpháp phân tích gần đúng là phương pháp dải bản để thiết kế bản mặt cầu Để sử dụngphương pháp này ta chấp nhận các giả thiết sau:

+ Xem bản mặt cầu như các dải bản liên tục tựa trên các gối cứng là các dầm đỡ

có độ cứng vô cùng

+ Dải bản được xem là 1 tấm có chiều rộng SW kê vuông góc với dầm đỡ

- Chiều dày bản mặt cầu: hf = 200 mm

- Chọn lớp phủ mặt cầu gồm các lớp sau:

+ Lớp vải nhựa phòng nước dày 5 mm

+ Lớp bêtông asphalt tương lai dày 75 mm

Hình 3.1: Cấu tạo bản mặt cầu

3.2.Sơ đồ tính bản mặt cầu:

- Bản mặt cầu sẽ được tính toán theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản loại dầm Trong

đó phần bản loại dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tínhtoán dầm đơn giản xong phải nhân với hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu

3.3 Tính nội lực cho bản congxon (bản hẫng):

Hình 3.2 Sơ đồ tính cho bản congxon

3.3.1 Tải trọng tác dụng lên bản congxon:

3.3.1.1 Tĩnh tải:

Xét tĩnh tải tác dụng lên dải bản rộng 1000 mm theo phương dọc cầu:

Hình 3.3 Tĩnh tải tác dụng lên bản congxon

* Trọng lượng bản thân:

* Trọng lượng lan can, lề bộ hành:

DC3 lấy kết quả chương 2 ta có :

3.3.1.2 Hoạt tải:

- Hoạt tải tác dụng cho dải bản rộng 1000 mm trong trường hợp này chỉ có tải củangười đi bộ truyền xuống (hoạt tải này được chia đôi bó vỉa nhận một nửa và lan canphần bê tông chịu một nửa, và tập trung tại đầu bản congxon)

(K = 750 mm: bề rộng phần lề bộ hành)

3.3.2 Nội lực trong congxon:

- Sơ đồ tính nội lực (hình 3.5):

Hình 3.4 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản hẫng

3.4 Tính nội lực cho bản dầm cạnh dầm biên:

Bản đặt trên hai gối là hai dầm chủ, nhịp của bản là khoảng cách giữa hai dầm S =

1750 mm, cách tính ta sẽ tính như dầm đơn giản đặt trên hai gối, xét cho dải bản rộng

1000 mm

PL+DC3=1125+7430

=8555 N/mm

3.4.1 Tĩnh tải và nội lực do tĩnh tải tác dụng lên bản dầm biên:

- Giá trị mômen dương tại giữa nhịp:

+ Trạng thái giới hạn cường độ:

+ Trạng thái giới hạn sử dụng:

1650

3.4.2 Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm:

+ Bề rộng bánh xe tiếp xúc với bản mặt cầu 510 mm

+ Diện truyền tải của bánh xe xuống bản mặt cầu:

+ Giá trị tải p:

Hình 3.6 Tải trọng động tác dụng lên bản biên

3.4.2.2 Nội lực:

Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ

- Diện làm việc của bản:

+ Khi tính mômen âm tại gối:

1650

27

S=1650

p=102.113 N/mm

+ Khi tính mômen dương tại giữa nhịp:

- Giá trị mômen tại giữa nhịp:

+ Tai giữa nhịp:

3.5 Tính nội lực cho bản dầm giữa:

3.5.1 Tĩnh tải và nội lực do tĩnh tải tác dụng lên bản dầm:

Hình 3.7 Sơ đồ tính tĩnh tải cho bản dầm giữa

- Hệ số điều chỉnh tải trọng lấy như bản dầm biên

- Giá trị mômen dương tại giữa nhịp:

+ Trạng thái giới hạn cường độ:

+ Trạng thái giới hạn sử dụng:

3.5.2 Hoạt tải và nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản dầm:

1650

DW=2.2575 N/mm

S=1650

+ Trường hợp có 2 bánh xe của 2 xe khác nhau đặt trong bản khi đó khoảng cáchgiữa 2 bánh xe là 1200 mm.

3.5.2.1 Xét trường hợp 1 chỉ có 1 bánh xe:

Ta sẽ đặt bánh xe ngay tại giữa nhịp để tính toán

Hình 3.8 Tải trọng động tác dụng lên bản giữa

- Giá trị mômen tại giữa nhịp:

+ Trạng thái giới hạn cường độ:

1650

p=102.113 N/mm

S=1650

Hình 3.9 Tải trọng động tác dụng lên bản giữa

-Giá trị mômen tại giữa nhịp:

+ Trạng thái giới hạn cường độ:

+ Trạng thái giới hạn sử dụng:

1650

S=1650

b1’’=5

Giá trị mômen tại giữa nhịp do tĩnh tải và hoạt tải gây ra có xét đến tính liên tục củabản mặt cầu (với dải tính toán 1000 mm) được tính như sau:

- Trạng thái giới hạn cường độ:

3.6 Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu:

Ta sẽ thiết kế cốt thép tương ứng với các giá trị nội lực ở TTGH cường độ vừa tính

ở trên:

3.6.1 Thiết kế cho phần bản chịu mômen âm:

Thiết kế cốt thép cho 1000 mm chiều dài bản mặt cầu, khi đó giá trị nội lực trong

1000 mm bản mặt cầu như sau:

- Mômen âm:

- Chiều rộng tiết diện tính toán:

- Chiều cao tiết diện tính toán:

- Chiều cao làm việc của tiết diện:

- Chiều cao vùng bêtông chịu nén:

- Chiều cao vùng bêtông chịu nén trong trường hợp cân bằng:

- Kiểm tra điều kiện:

- Diện tích cốt thép cho bởi công thức: