Đồ Án Thiết Kế Cầu Bê Tông Cốt Thép DUL Dầm T30 (Kèm Bản Vẽ CAD)

Ngoài ra còn các tải trọng :Co ngót ,từ biến ,nhiệt độ …không xét 3.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo tiêu chuẩn ngành,giả thuyết tính tĩnh tải phân b

Trờng đại học giao thông vận tải

Khoa công trình

bộ môn ctgttp

Thiết kế môn học dầm cầu bê tông cốt thép

Giáo viên hớng dẫn : Trần việt Hùng

Hà Nội …01/06/06

Thiết kế Dầm cầu Bê tông cốt thép dự ứng

lực mặt cắt chữ t lắp ghép

(Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05)

A-Số liệu thiết kế

Thiết kế Cầu bê tông cốt thép DƯL nhịp giản đơn :

- Cụng nghệ tạo ứng lực căng sau

- Cấp bờ tụng Grade 60

- Loại cốt thộp DƯL tao 12.7 mm

- Cốt thộp thường G40

- Quy trỡnh thiết kế :22TCN 272-05

- Xe tải thiết kế

-Cờng độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày fc’=60 Mpa

-Mô đun dàn hồi của BTdầm:

Ec= Mpa

2.

Chọn sơ bộ kết cấu nhịp

2.1.Chiều dài tính toán nhịp

-Tổng chiều dài toàn dầm 30m, để hai đầu dầm kê gối

0,4m.chiều dài tính toán nhịp là 29,2m

2.2.Số lợng và khoảng cách giữa dầm chủ

-Chiều rộng toàn cầu

B=B1+2B3+2B2+2B4=10500+2.2000+2.0+2.500=15500mm +B1=10500 mm chiều rộng cầu

+B3=2000 mm chiều rộng phần dành cho ngời đi bộ

+B2=200 mm Chiều rộng vạch sơn (nhng ta không tính vào bề rộng cầu mà vạch sơn sẽ bố trí trên cả lề ngời đi và phần xe chạy) +B4=500 mm bề rộng lan can

MÆt c¾t ngang ®Çu dÇm vµ gi÷a dÇm

2.5.Bè trÝ chung mÆt c¾t ngang cÇu

CÇu gåm 7 dÇm cã mÆt c¾t ch÷ T chÕ t¹o b»ng bª t«ng c©p G60 Líp phñ mÆt cÇu cã 2 líp :líp chèng níc cã chiÒu dµy 0,4

cm,lớp bê tông atphan trên cùng có chiều dày 7 cm.Lớp phủ đợc chế tạo dốc ngang bằng cách kê cao gối cầu.Khoảng cách giũă các dầm chủ S=2200mm.

Mặt cắt ngang kết cấu nhịp

2.5.1.Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu

2.5.1.1.Đối với dầm giữa

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

2.5.1.2.Đối với dầm biên

Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng ẵ bề rộng hữ hiệu của dầm kề trong =2200/2=1100 mm cộng với trị số nhỏ nhất của:

+1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu =29200/8=3650

+6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản bụng hoặc ẳ bề dày bản cánh trên của dầm

3.tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải

Tải trọng tác dụng trên dầm chủ

Tĩnh tải:Tĩnh tải giai đoạn 1DC1 và tĩnh tải giai đoạn

2(DC2+DW)

Hoạt tải gồm cả lực xung kích (LL+Im):Xe HL93

Ngoài ra còn các tải trọng :Co ngót ,từ biến ,nhiệt độ …(không xét)

3.1

Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ

Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo tiêu chuẩn ngành,giả thuyết tính tĩnh tải phân bố đều cho mỗi dầm,riêng lan can thì một mình dầm biên chịu

-Diện tích mặt cắt ngang của dầm khi cha mở rộng.Ag=8050

cm2(tính qua autocad).Do dầm chủ có mở rộng về 2 phía gối nên tính thêm phần mở rộng ta có đợc trọng lợng bản thân của dầm chủ gDC1(dc)=22,12 kN/m

+Tải trọng do dầm ngang :DCldn

theo chiều dọc cầu bố trí 5 dầm ngang tại vị trí gối ,giữa nhịp vaL/4,theo chiều ngang cầu bố trí 6 dầm ngang.do đó tổng số dầmngang =5.6=30 dầm

+Tải trọng do lan can

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

Ta sử dụng loại lan can theo tiêu chuẩn AASHTO

-Tĩnh tải DC2 tác dụng cho dầm biên

gDC2=4,654kN/m

+Tải trọng của lớp phủ

gDW=14500.0,075.22,5.103=23,625kN/m

3.2 Các hệ số cho tĩnh tải (theo TCN)

Loại tải trọng TTGH Cờng độ I TTGH Sử

dụngDC:Cấu kiện và các thiết bị phụ 1,25/0,9 1

+ diện tích đờng ảnh hởng lực cắt âm tại mặt cắt đang xét

+ hệ số liên quan đến tính dẻo ,tính d và sự quan trọng trong khai thác

Hệ số liên quan đến tính dẻo

_Trạng thái giới hạn cờng độ I

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can)

Mu=0,95(1,25 +1,25 +1,25 +1,25 +1,5) =A

=0,95(1,25.9,94+1,25.22,12+1,25.1,69+1,25.2,92+1,5.3,375) =48,355 =48,355.106,58=5153,676 kNm

Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng của lan can)

Mu=0,95(1,25 +1,25 +1,25 +1,25 +1,5+ ) =B

=

0,95(1,25.9,94+1,25.22,12+1,25.1,69+1,25.2,92+1,5.3,375+1,25.4,654)

=53,882 =53,882.106,58=5742,704kNm

-Trạng thái giới hạn sử dụng:

Dầm trong (không có tĩnh tải lan can)

=0,95(1.9,94+1.22,12+1.1,69+1.2,92+1.3,375) =38,043 = =38,043.106,58=4054,596kNm

Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng của lan can)

Dầm trong(không co tĩnh tải của lan can)

Mu=A =48,355.79,935=3865,257kNm

Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng của lan can)

Mu=B = 53,882.79,935=4307,058kNm

_Trạng thái giới hạn sử dụng

Dầm trong (không có tĩnh tải lan can)

_Trạng thái giới hạn cờng độ I

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can)

Mu=A =48,355.11,349=548,781kNm

Dầm ngoài (chịu toàn bộ tải trọng do lan can)

Mu=B =53,882.11,349=611,507kNm

_Trạng thái giới hạn sử dụng

Dầm trong (không có tĩnh tải do lan can)

-Trạng thái giới hạn cờng độ I

Dầm trong (không có tĩnh tải lan can)

Vu=0,95{(1,25 +1,25 +1,25 +1,25 +1,5) +-[0,9( + + + )+0,65 ] -}=0,95(F

+-G -)=

=0,95{[1,25.(9,94+22,12+1,69+2,92)+1,5.3,375] +

-[0,9(9,94+22,12+1,69+2,92)+0,65.3,375]} -=0,95(50,9 +35,197 -)

-Tr¹ng th¸i giíi h¹n sö dông

DÇm trong (kh«ng cã tÜnh t¶i do lan can)

độ 1

TTGHSD

TTGHCờng độ1

TTGHSD

TTGHCờng độ1

TTGHCờng

tron

g 54,45 0

362,37

3 274,383 643,885 506,159 705,983 555,424Dầm

ngoà

i

60,10

2 0 403,65 306,272 717,478 564,984 786,679 619,975

4.nội lực dầm chủ do hoạt tải

4.1.Tính toán hệ số phân bố hoạt tải theo làn

Số dầm chủ n=7:dùng công thức

_Đối với các dầm chủ bên trong :

Một làn thiết kế chịu tải :

-Phạm vi áp dụng công thức bao gồm các điều kiện sau

0,075+(2200/2900)0,6(2200/29200)0,2.1=0,580

Ta lấy trị số lớn nhất gm=0,58

_Đối với dầm biên

Một làn thiết kế chịu tải

Do cự ly theo chiều ngang cầu của xe tải và xe 2 trục đều là

với e-hệ số điều chỉnh ,e=0.60+

de-khoảng cách từ tim dầm biên đến mép dá vỉa

_Phạm vi áp dụng

de=Sk-B4-B3-B2=-1350 mm

-300<=de=-1350<=1700 mm Không thoả mãn

do đó gm=0,791

4.2.Hệ số phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt

+Đối với dầm giữa:

Một làn thiết kế chịu tải:

+Đối với dầm biên

Một làn thiết kế chịu tải.sử dụng qiu tắc đòn bẩy

Hai làn thiết kế chịu tải

Phạm viáp dụng - 300<=de=-1350<=1700.Không thoả mãn

Do đó

4.3.Tính toán hệ số phân bố của tải trọng ng ời đi bộ

Sử dụng phơng pháp đòn bẩy tính

cho cả mô men và lục cắt

Coi tải trọng phân bố ngời là lực tập

+Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cụ ly trục bánh thay đổi

nh trong TCN tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế(HL93K) Đối với các mô men âm giữa các điểm uốn ngựoc chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì láy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trớc xe này đến trục bánh sau xe kia 15000m tổ hợp

90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế;khoảng cách giữa các trục 145kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300m

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

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

Tải trọng ngời đi bộ(PL)

-Tải trọng rải đều của ngơi đi bộ 3.1,5 =4,5 kN/m tính đồng thờicùng hoạt tải xe thiết kế

*Sơ đồ tính : Dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữacác trục của xe tẻi thiết kế lấy =4,3m

*Xếp xe tải lên đờng ảnh hởng sao cho hợp lực của các trục xe

và trục xe gần nhất cách đều tung độ lớn nhất của đờng ảnh ởng

4.4.2.Lực cắt

+Đờng ảnh hởng lực cắt tại mặt cắt giữa nhịp

Xếp xe tải HL-93+tải trọng làn lên đờng ảnh hởng lực cắt

VXe 2 trục=0,75.110+0,7088.110=160,468kN

+Đờng ảnh hởng lực cắt tại mắt cắt cách gối 0,8m

Xếp xe tải HL-93+tải trọng làn lên đờng ảnh hởng lực cắt

+Đờng ảnh hởng lực cắt tại mắt gối

Xếp xe tải HL-93+tải trọng làn lên đờng ảnh hởng lực cắt

Vxe tải=1.145+0,8514.145+0,70355.35=293,07kN

VLane=14,6.9,3=135,78kN

-Nhận xét: Nội lực tại các mặt cắt dới tác dụng của xe hai trục luôn

nhỏ hơn xe tải.Vởy ta chỉ phải kiểm toán nội lực của dầm chủ dới tác dụng của

Tĩnh tải+xe tải HL-93+Tải trọng làn+Ngời đi bộ

4.4.3.Tổ hợp nội lực

*Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cờng độ I

+Tổ hợp mô men theo trạng thái giới hạn cờng độ 1

+ Tổ hợp Lực cắt theo trạng thái giới hạn cờng độ 1

MLL+IM=gMLL{(1+IM)MXe tải+MLane}

VLL+IM=gVLL{(1+IM)VXe tải+VLane}

GM,gV:hệ số phân bố tải trọng cho mô men và lực cắt

*Tổ hợp theo trạng thái giới hạn sự dụng

4.4.3.1.Nội lực do hoạt tải (Xe tải HL-93+Ngời+Tải trọng làn)

4.4.3.1.Mô men

*Trạng thái giới hạn cờng độ 1

Mo men do Xe tải HL-93+Ngời+Tải trọng làn

MLane-Mô men tải trọng làn ,xác định theo (bảng 4.1)

GPL-hệ số phân bố cho ngời đi bộ theo (bảng 3)

MPL-mômen của tải trong ngời đi bộ theo (bảng 4.1)

Ta có Bảng Mô men do hoạt tải (Xe tải HL-93+Ngời+Tải trọng làn)(bảng4.3.3.a)

*Trạng thái giới hạn sử dụng

Mô men do Xe tải HL-93+Ngời+Tải trọng làn

Vxe tải –lực cắt đối với hoạt tải xe tải (Bảng 4.2)

VLane – lực cắt đối với tải trọng lane (Bảng 4.2)

VPL – lực cắt đối với ngời đi bộ (Bảng 4.2)

Ta có Bảng Lực cắt do hoạt tải (Xe tải HL-93+Ngời+Tải trọng làn)(bảng4.3.3.a)

*Trạng thái giới hạn sử dụng

VLL+IM+PL=

Ta có Bảng Lực cắt do hoạt tải (Xe tải HL-93+Ngời+Tải trọng làn)(bảng4.3.3.b)

4.4.3.3 Bảng nội lực do hoạt tải (xe tải HL-93+Ngời+Làn)

Trạng thái giới hạn cờng độ 1(Bảng 4.3.3.a)

Dầmtrong 4110.59 3107.907 348.2814 0

me

n

Dầmngoài 5259.466 3952.633 438.0847 0

Lực

cắt

Dầmtrong 234.4881 420.8301 604.2194 643.7371

Dầmngoài 278.6561 497.0199 710.3355 756.0357

Trạng thái giới hạn Sử dụng (Bảng 4.3.3.b)Mặt cắt L/2 L/4 Cách gối0,8m Gối

Mô

men(kNm

)

Dầm trong 2609.898 1973.274 221.1311 0Dầm

ngoài 3339.343 2509.608 278.149 0Lực

cắt(kN)

Dầm trong 148.8813 267.1937 383.6314 408.722Dầm

ngoài 176.9245 315.5682 451.0067 480.0226

4.4.3.4.Bảng tổng kết nội lực trong dầm chủ

Tổ hợp nội lực Tĩnh tải +{Xe tải HL-93+Tải trọng làn+Ngời

đi bộ}

*Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cờng độ 1

Trạng thái giới hạn cờng độ 1(Bảng 4.3.4.a)

ngoài 11002.17 8259.691 1049.592 0Lực

cắt(kN)

Dầm trong 288.9381 783.2031 1248.104 1349.72Dầm

ngoài 338.7581 900.6699 1427.813 1542.715

*Tổ hợp theo trạng thái giới hạn Sử dụng

Trạng thái giới hạn Sử dụng(Bảng 4.3.4.b)

ngoài 7865.188 5903.968 760.073 0

cắt(kN)

Dầm trong 148.8813 541.5767 889.7904 964.146Dầm

-Mô đun dàn hồi của thép DUL keo sau

Cờng độ chịu nén cua bê tông qui định ở tuổi 28 ngày

Cờng độ chịu nén cua bê tông lúc bất đầu đặt tải hay tạo ứng suất

Mô đun đàn hồi của bê tông làm dầm:

36105.3Mpa

Hệ số quy đổi hình khối ứng suất :Vì >= 56Mpa nên

-Còng độ chịu kéo khi uốn :

MU = mô men cực đại do tải trọng gây ra.

Z: cánh tay đòn nội ngẫu lực

Z dPS -c/2

dPS : khoảng cách trọng tâm cốt thép đến mép vùng bê tông chịunén

6.2.Bố trí cáp theo toạ độ d ờng cong Parabol

+Lây đờng trục thẳng đứng tại mặt cắt đầu dầm, và ờng trục ngang đi qua tim tại vị trí neo tim bó bó cáp N1 đầu dầm

+Đối với mỗi mặt cắt dầm cách đầu dầm một khoảng x thì tính tung độ y theo công thức

y+ =

Trong đó tính từ vị trí neo bó cáp N1 lần lợt dến các bó cáp tiếp theo khi tính cho các tung độ cho các bó cáp tiếp theo.

bảng tung độ đờng trục các bó cốt thép

đờng tim bó cápN1 tại mặt cắt đầu dầm

bảng đặc trng các góc 

số

hiệu

bó Mặt cắt x (cm) L (cm) f (cm) tg (rad) (độ) sin y (cm) a (cm)N1

N7 8.0 0.0080 0.0080 0 0.0080 119.50 14.50 N1

6.2.2Tr¾c däc c¸p DUL

f1 3600 3600 3600 3600 3600 (cm2) Khèi K2 sên

h 140.000 140.000 140.000 140.000 140.000 (cm) f2 2800 2800 2800 7000 7000 (cm2)

+Xá định Stđ:Mô men tĩnh của mặt cắt tính đổi

I 2.74E+11 2.689E+11 2.5998E+11 2.59E+11 mm4

7.tính toán các mất mát ứng suất

Tổng mất mát ứng suất trớc trong các cấu kiện kéo sau đợc

+Mất mát do từ biến của bê tông

+Mất mát do dão của thép

7.1- Mất mát do thiết bị neo :

x (mm) 15132. 7 7566.4 3783.2 403.5

 (Radian) 0.1326 0.0660 0.0329 0.0035 kx+ 0.0365 0.0182 0.0091 0.0010

A=1-e^(-Mặt

cắt     Mc L/2   (2L/8)M/c (L/8) M/c (Gối)M/cKhoảng cách tính từ điểm

đặt kích (cm) 1500   735 350.0 40

x (mm)    15105. 2   7552.6 3776.3 402.8

 (Radian)   0.1181   0.0589 0.0293 0.0031 kx+     0.0336   0.0168 0.0084 0.0009 A=1-e^(-

A=1-e^(-Mặt

cắt Mc L/2 (2L/8) M/c (L/8) M/c (Gối)M/cKhoảng cách tính từ điểm

x (mm) 15058. 0 7529.0 3764.5 401.5

 (Radian) 0.0878 0.0438 0.0219 0.0023 kx+ 0.0275 0.0137 0.0069 0.0007 A=1-e^(-(kx+)) 0.0271 0.0136 0.0068 0.0007

điểm đặt kích (cm) 1500 735 350.0 40

x (mm) 15024. 6 7512.3 3756.2 400.7

(Radian) 0.0573 0.0286 0.0143 0.0015 kx+ 0.0214 0.0107 0.0053 0.0006 A=1-e^(-(kx+)) 0.0211 0.0106 0.0053 0.0006

A=1-e^(-MÆt

c¾t Mc L/2 (2L/8) M/c (L/8) M/c (Gèi)M/cKho¶ng c¸ch tÝnh tõ

®iÓm

x (m) 15013. 6 7506.8 3753.4 400.4

 (Radian) 0.0426 0.0213 0.0107 0.0011 kx+ 0.0184 0.0092 0.0046 0.0005 A=1-e^(-

(kx+)) 0.0183 0.0092 0.0046 0.0005

TÝnh cho bã 6 va bã 7

f pF =A*

f pj

(kx+)) =k 6.60E- 07  0.2

A=1-e^(-MÆt

c¾t     Mc L/2   (2L/8) M/c (L/8) M/c (Gèi)M/cKho¶ng c¸ch tÝnh tõ ®iÓm

x (m)     15000. 9   7500.4 3750.2 400.0

 (Radian)   0.0107   0.0053 0.0027 0.0003 kx+     0.0120   0.0060 0.0030 0.0003 A=1-e^(-

(kx+))   0.0120   0.0060 0.0030 0.0003

f pF = (Mpa)   15.98   8.01 4.01 0.43

Mất mát tổng cộng f pF

Mặt

cắt     Mc L/2   M/c (2L/8) M/c (L/8) M/c (Gối) Khoảng cách tính từ

sau kích và tự trọng của cấu kiện ở các mặt cắt có

mômen max (Mpa)

F - Lực nén trong bêtông do ứng suất trớc gây ra tại thời

điểm sau khi kích, tức

là đã xảy ra

mất mát do ma sát và tụt

neo

e - Độ lệch của trọng tâm các bó thép so với trục trung hoà

của tiết diện

- Tổng diện tích của các bó cáp ứng suất

trớc

A -Diện tích mặt cắt

ngang dầm

tr-ớc do lực ứng suất trtr-ớc sau kích

và tự trọng của cấu kiện ở các mặt cắt có mômen max (MPa)

- Thay đổi trong ứng suất bêtông tại trọng tâm thép ứng suất

t-rớc do tải trọng thờng xuyên,

trừ tải trọng tác động vào lúc thực hiện các lực ứng suất trớc

- Mất mát do dão lúc truyền lực

- Mất mát sau khi truyền

7.6.1 Mất mát do dão lúc truyền lực

Sử dụng các tao thép có độ chùng dão thấp nên mất mát do dão lúc truyền

lực đợc tính :

Trong đó:

t - Thời gian từ lúc tạo ứng suất trớc đến lúc truyền, (ngày) t = 4

ngày

fpj - ứng suât ban đầu trong bó thép vào cuối lúc kéo (Mpa)

Có thể tính mất mát do dão vào lúc truyền lực chính bằng mất mát do co ngắn đàn hồi của bê tông

Mặt

cắt Mc L/2 M/c (2L/8) M/c (L/8) M/c (Gối)

fpR1 Mpa 8.7613 9.8612 10.1686 10.9254

7.6.2 Mất mát do dão thép sau khi truyền

Với thép ít dão cho cấu kiện kéo sau mất mát do dão thép sau khi truyền đợc tínnh sau:

Điều kiện kiểm toán

Mn sức kháng uốn danh định tiết diện chữ

I

fps - ứng suất trung bình trong bó thép ứng suất trớc ở sức

kháng danh định

11002,17kNm.Vậy mặt cắt giữa nhịp thoả mãn về cờng độ

8.1.1.2.Ta có bảng kết quả sau

bảng kiểm toán kết theo bảng sau Tham số đơn vị Mc L/2 M/c (2L/8) c.g0.8m M/c (Gối)

M u kNm 11002.17 8259.69 1049.59 0

kết luận ΦM>=M

8.2.1.Kiểm tra lợng cốt thép tối đa theo công thức

de :khoảng cách có hiệu tơng ứng từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm của cốt thép chụi kéo

120,4116/1414,3=0,0851<0.42 Đạt

Vây mặt cắt L?2 thoả mãn về hàm lợng cốt thép tối đa

Các mặt cắt còn lại ta có bảng kết quả tinh theo (bảng 8.2.2)

8.2.2.Lợng cốt thép tối thiểu phải thoả mãn điều kiện

Mcr :sức kháng nứt (Mômen nứt)

Ig : mô men quán tính của mặt cắt nguyên đối với trọng tâm không tính cốt thép

yt : khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trục trung hoà

fr :cờng độ chịu kéo khi uấn

1.2Mcr kNm 2509.9 2509.9  2603.097 2603.097 ΦMn kNm 12370.97 11261.4  8610.246 8270.64

8.2.3.Kiểm toán sức kháng cắt cho tiết diện

Kiểm toán theo công thức:

Vr

-Hệ số sức kháng cắt=0,9

Vn - Sức kháng cắt danh định đợc xác định

Lấy theo trị số nhỏ hơn Vn = Vc +Vs