THIẾT kế cầu dầm GIẢN đơn BTCT THƯỜNG

Để xác định nội lực bản mặt cầu ta cắt 1m dải bản theo chiều dọc cầu mô hình hóa dải bản ta sử dụng phần mềm SAP2000vs14 để tím ra nội lực bản mặt cầu - Tính toán bản mặt cầu do đặc điểm

- Cao độ mực nớc cao nhất(MNCN) là 6,5m,

- Cao độ mực nớc thấp nhất(MNTN) là:1,0m

- Cao trình đỉnh bệ trụ là -0,5 m

- Chiều cao khổ gầm cầu Hkc=1m-chiều cao khổ gầm cầu: tính từ MNCN đến đáy kết cấu nhịp

→cao độ của đáy kết cấu nhịp là: 6,5 + 1 = 7,1m

- Chiều cao của đá kê là 0,2m ,của gối kê là 0,1m

- Chiều dày lớp phủ mặt cầu:0,14m

- Cao độ mặt trên của bệ móng (đài cọc) =0,5m

=>Lo=Lnhịptinhtoan-(a.2+ 2 2

dake

)+0,25=17,4-(0,2.2+

0,52

2 ì)+0,25=16,75ma:là khoảng cách mép ngoài đá kê đến mép ngoài của mũ trụ(mố) theo phơng dọc cầu

- Các yếu tố nhịp cầu đợc thể hiện trên hình vẽ:

các yêu cầu:

+ Ít bị hao mòn, bằng phẳng để xe chạy êm thuận, không gây xung kích

+ Thoát nước nhanh

+ Trọng lượng bản thân nhẹ để giảm tĩnh tải

Mặt cầu có lớp phủ bê tông asphalt

H×nh 3 :CÊu t¹o líp phñ mÆt cÇu

Cấu tạo:

Mặt cầu gồm có các lớp: Lớp vữa đệm, lớp cách nước, lớp bêtông bảo hộ và lớp

bêtông asphalt

- Lớp vữa đệm bằng vữa xi măng cấp f’c = 18 – 24 (MPa) dày 4 cm Lớp vữa

này nhằm tạo phẳng hoặc tạo độ dốc ngang cầu,hạn chế lực tập chung

- Lớp cách nước(lớp phòng nước): Gồm một lớp nhựa đường nóng, một lớp vải thô tẩm nhựa, trên phủ tiếp một lớp nhựa nóng dày 1 – 1,5 cm nhằm bảo vệ bản bêtông mặt cầu khỏi bị ngấm nước

- Lớp bê tông bảo hộ :được đặt trên lớp cách nước để tránh những lực tập trung nguy hiểm, có chiều dày từ 3 – 4 cm bằng bêtông cấp f’c=24 (MPa)

- Lớp bêtông asphalt được đặt trên cùng, dày 4 – 5 cm

Ưu, nhược điểm:

+ Mặt đường bê tông asphalt có khả năng chống thấm tốt, thi công nhanh

+ Tạo ra mặt đường êm thuận, hạn chế lực xung kích truyền xuống bản mặt cầu và

hạn chế tiếng ồn.

+ Giỏ thành rẻ hơn mặt đường bờ tụng xi măng

+ Tuổi thọ thấp (khoảng 10 ữ 20 năm) và nhanh bị hao mũn, do đú tăng chi phớ duy

tu bảo dưỡng

Chơng 2: tính toán kết cấu nhịp2.1 Tớnh toỏn bản mặt cầu

2.1.1 - Xác định nội lực trong bản mặt cầu:

Để xác định nội lực bản mặt cầu ta cắt 1m dải bản theo chiều dọc cầu mô hình hóa dải bản ta sử dụng phần mềm SAP2000vs14 để tím ra nội lực bản mặt cầu

- Tính toán bản mặt cầu (do đặc điểm thi công từng phần tại công trờng và sau đó lắp ghép thành các phiến dầm nên có thể mô hình bản mặt cầu cánh dầm chữ T dới dạngdầm và ngàm hai đầu

+ TTlan:tải trọng của làn xe chạy

Hình 5: Tải trọng DW

Hình6: Tải trọng lan can

Hình7: Biểu đồ bao momen TTSD

Hình8: Biểu đồ bao momen TTCD

Hình 9:Biểu đồ bao lực cắt TTSD

Hình 10:Biểu đồ bao lực cắt TTCD

b )Mô hình bản mặt cầu theo dầm 2 đầu ngàm.

Hình11: Sơ đồ tính bản mặt cầu

Hình12:Tải trọng DW

Hình13:Tải trọng TTlan

Hình 14:Tải trọng TT(trục bánh xe)

Hình15:Biểu đồ bao mômen TTSD

Hình 16:Biểu đồ bao momen TTCD

2.1.2 -Tính toán cốt thép cho bản mặt cầu.(bản cánh dầm chữ T)

2.1.2.1 - Tính với mômen lớn nhất ở mặt cầu:

M+ max= 3,39 T.mChiều cao của bản hb = 18 cm

Chọn vật liệu bê tông B20 có Rb = 115 kg/cm2, Rbt = 9kg/cm2, cốt thép nhóm AII có Rs

= 2800kg/cm2

Lớp bê tông bảo vệ a = 3cm, dự tính dùng cốt thép φ16

Chiều cao làm việc của bản: 2

d a h

h o = − −Trong đó:

a: chiều dày lớp bê tông bảo vệ

9, 27 0,92.14, 2.2800

2800.10,05

0,172 115.100.14, 2

Nhận thấy M = 3,39T.m <M gh = 3,64T.m

Vậy tiết diện cốt thép đã chọn thoả mãn điều kiện chịu lực

2.1.2.2 - Tính toán kiểm tra lực cắt:

Điều kiện kiểm tra: Q <k1 Rk.b.ho

Cốt thép trong bản đợc bố trí dới dạng lới.

2.2 - Tính toán dầm chủ:

2.2.1 - Xác định nội lực trong dầm chủ:

Để xác định nội lực dầm chủ mô hình hóa dầm, ta sử dụng phần mềm

SAP2000vs14 để tím ra nội lực trên dầmcầu :tính toán theo tiêu chuẩn (22TCN272-05)

- Chọn dầm lắp ghép bê tông thờng, tiết diện chữ T

MCN Dầm ngoài MCN dầm trong

Hình 19: Mặt cắt ngang tiết diện dầm chủ

- Mặt cắt ngang của cầu có 5 hàng dầm

- Khổ cầu K = 8 m mặt cắt ngang cầu B = 9m

- Chiều dài nhịp dầm tính toán 17,4m ; chiều dài của dầm là 18 m

Các tải trọng:

+ DC: tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và các thiết bị phụ phi kết cấu + DW:Tải trọng bản thân của lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng

+ TTlan:tải trọng của làn xe chạy

+ hoạt tảI HL93(trục bánh xe)

+ tải trọng lan can: 6,2KN/m

Hình20:Sơ đồ tính dầm cầu

Hình21:Tải trọng DW

Hình22: Tải trọng TTlan

Hình23:Sơ đồ gán làn

Hình24: Sơ đồ biến dạng dầm cầu

Hình25: Biểu đồ bao momen TTSD

Hình26: Biểu đồ bao momen TTCD

Hình27: Biểu đồ bao lực cắt TTSD

Hình28:Biểu đồ bao lực cắt TTCD

+Giá trị momen lớn nhất của dầm chủ: 887,02 KN.m

+Giá trị lực cắt lớn nhất của dầm chủ: 305,20 KN

2.2.2 - Tính toán thiết kế dầm chủ:

2.2.2.1 - Tính cốt thép

31,1 0,97.105.2800

2.2.2.2 - Kiểm tra chiều rộng sờn dầm:

Chiều rộng sờn dầm lấy gần đúng bằng:

b = 0,15.1,5 = 15,75 cmChiều rộng cần thiết lấy theo tiêu chuẩn về khoảng cách giữa các thanh và khoảng cách tới măt bê tông :

b> 2.4,0 + n.d + co = 2.4+ 2.2,5+ 4 =17 cm

Nh vậy chiều rộng sờn dầm đã chọn b = 20 cm là thoả mãn điều kiện

2.2.2.3 - Kiểm tra tiết diện diện của sờn dọc:

Do trục trung hoà đi qua cánh dầm nên tính toán tiết diện coi nh tiết diện chữ nhật ( bcxh = 1200x1100cm )

0

2800.32,19

0,0622 115.120.105

M = 88,7 Tm < MP= 290,05Tm → Điều kiện bền đợc thoả mãn.

2.2.2.4 - Kiểm tra tiết diện bê tông tại gối:

Vì tiết diện ở gối có: k1.Rk.b.ho = 0,6.9.20.105 = 11340kg = 11,34T

→ k1.RK.b.ho = 11,34T< Qg = 30,52T

Do vậy trong dầm cần phải đặt cốt đai

2.2.2.5 - Thiết kế cốt đai khi không đặt cốt xiên.

Các số liệu :vật liệu bê tông B20 có Rb = 115kg/cm2, Rbt = 9 kg/cm2

cốt thép nhóm AII có Rad = 2250kg/cm2:cờng độ chịu cắt của cốt thép

Giá trị lực cắt tại gối lớn nhất : Qg = 30520 kg=305,2 KN

Lực cắt cốt đai phải chịu:

qd=

2 2 0

8 bt

Q

R b h =

2 2

30520

58, 678.9.20.105 = kGChọn đờng kính cốt đai φ →10 fd=0,785 cm

Khoảng cách tính toán cốt đai

1,5 .R b h b

21,5.9.20.105

Kh¶ n¨ng chÞu c¾t cña betong vµ cèt ®ai trªn tiÕt diÖn nghiªng nguy hiÓm nhÊt lµ:

1 0,5

ζ = − ξ= 1- 0,5.0,08=0,96

Mtd=RsAsζ ho=280.3219.0,96.1037=897,28.106(N.mm) = 897,28(kN.m)

+Tính tại cạnh nhịp (tính toán tương tự )với As=26,33cm2

Kết quả tính toán khả năng chịu lực ghi trong bảng

Bảng 1: Khả năng chịu lực của các tiết diện

Tiết diện Số lượng và diện tích cốt thép (mm2) h

o

(kN.m)Giữa

Hỡnh 31: Hỡnh bao vật liệu dầm chủ

7 Kiểm tra tính chống nứt:

Bề rộng khe nứt của cấu kiện chịu uốn đợc tính toán theo công thức:

3 a (70 20 )

Trong đó:

k: hệ số lấy bằng 1 đối vơí cấu kiện chịu uốn

c: hệ số xét đến tính chất của tả trọng, bằng 1 với tải ngắn hạn và bằng 1,5 với tải trọng dài hạn

η:hệ số xét đến tính chất bề mặt của cốt thép, =1 với cốt có gờ

p = 100Fa/(b.h0) nhng không lớn hơn 2

d: đờng kính cốt dọc chịu kéo

σa: ứng suất trong cốt thép do tải trọng gây ra,

1

c a

a

M

F Z

σ =

Z1: cánh tay đòn nội ngẫu lực

Mc: mômen tiêu chuẩn

c nc

M L

R bh

=

trong đó Rnc là cờng độ nén tiêu chuẩn

' '(1 ) 2

2,1.10

7,782,7.10

a b

E n E

ν : hệ số đàn hồi của bêtông vùng nén,với tải ngắn hạn =0,45

với tải dài hạn =0,15

0, 0055 0,55(180.18 40.20 72.20 10.10 15.15)

a b

F F

c nc

M L

10.0,0055.7,78

x h

+

2 1

8870000

2753 / 3192,.100,1

c a

c nc

M L

10.0,0055.7,78

x h

+

2 1

7230000

2296 / 32,19.97,8

c a

2,1.10

n d

(∗) Bề rộng khe nứt toàn phần: an= an.ng + an.d = 0,13 + 0,15 = 0,28 mm

Bề rộng khe nứt với công trình ngoài trời và dùng thép AII là 0,30mm

Vậy việc thiết kế thoả mãn đk chịu nứt

CHƯƠNGIII :TÍNH TOÁN TRỤ CẦU

I.cấu tạo và sơ bộ kích thớc trụ cầu.

1.cấu tạo.

Hình32:Các bộ phận của trụ

1 - Mũ trụ : là bộ phận trực tiếp chịu áp lực từ kết cấu nhịp truyền xuống nên đợc làm bằng BTCT mác 300 Kết cấu nhịp tựa trên mũ trụ thông qua gối cầu Tại vị trí kê gối trên mũ trụ cấu tạo đá tảng bằng BT có chiều cao 20 cm và đặt các lới thép chịu lực cục

bộ đờng kính φ =8 với mắt lới là 6 cm Mặt trên mũ trụ cấu tạo độ dốc thoát nớc là 1 :

3 -Bệ trụ : có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ xuống nền đất qua kết cấu móng, nó

đợc xây bằng vật liệu BT toàn khối

Tính toán trụ đặc thân hẹp với các kích thớc sơ bộ nh sau:

-∆:là khe hở giữa hai đầu kết cấu nhịp,ở đây ta lấy ∆=5cm (trên trụ đặt 2 gối cố định)

-b b1, 1':là khoảng cách từ tim gối đến đầu mút kết cấu nhịp,nhịp trái và phải lấy'

1 1 30

b = =b cm

-b b0, 0':kích thớc thớt dới của gối theo phơng dọc cầu.lấy b0 = =b0' 50cm

-a a0, 0':kích thớc thớt dới của gối theo phơng ngang cầu.lấy a0 =a0' =50cm

- (15 20ữ )cm :là khoảng cách từ mép thớt gối đến mép đá kê gối.lấy bằng 15 cm

- a:Là khoảng cách mép đá kê đến mép mũ trụ,a xác định theo quy trình,amin=(15 20ữ

n:là số dầm chủ theo phơng ngang cầu n=5 dầm

a2 :khoảng cách các tim của dầm chủ theo phơng ngang cầu a2=1,8 m

a1 :là khoảng cách từ mép đá kê đến mép mũ trụ,a1=40 cm

→ Amin = (5-1).180+50+2.15+2.40 = 880cm Vậy chon dài của mũ trụ theo phơng ngang cầu A=900cm=9m

Chọn chiều cao mũ trụ là Hmũtru= 1,5m

- Cao độ mực nớc cao nhất là 6,1m,

- Cao độ mực nớc thấp nhất là:0,6m

- Cao trình đỉnh bệ trụ là 0,5 m

- chiều cao khổ gầm cầu Hkc=1m-chiều cao khổ gầm cầu: tính từ MNCN đến đáy kết cấu nhịp

→cao độ của đáy kết cấu nhịp là: 6,1 + 1 = 7,1m

- Chiều cao của đá kê là 0,2m ,của gối kê là 0,1m

- Chiều dày lớp phủ mặt cầu:0,14m

- Cao độ mặt trên của bệ móng (đài cọc) =0,5m

dựa vào kích thớc hình học của cầu ta xác định đợc

=>Lo=Lnhịptinhtoan-(a.2+ 2 2

dake

)+0,25=11,4-(0,2.2+

0,52

2 ì)+0,25=10,75mTrụ cột đợc chọn có mũ trụ là dầm côngxôn vát cạnh ở hai bên

-Chiều cao thân trụ

Có cao độ của đáy kết cấu nhịp là 7,1m

= >cao độ của mép dới xã mũ trụ=7,1-hđk-hgối-Hmũtru=7,1- 0,2 – 0,1– 1,5=5,3m

Vậy chiều cao thân trụ =5,3 – cao độ của đỉnh bệ= 5,3 – 0,5 =4,8m

Bệ trụ chọn 4x9x2m

Các kích thớc còn lại chọn theo công thức kinh nghiệm ta đc kích thớc của trụ nh sau:

Hình 35:kích thớc sơ bộ của trụII.Tính toán trụ

1- Các tải trọng tác dụng lên trụ.

Các trờng hợp tải trọng tác dụng lên trụ : áp lực truyền từ kết cấu nhịp dới dạng thẳng

đứng (phản lực gối) và lực hãm T, ngoài ra ta kể đến trọng lợng của bản thân trụ để tính móng sau này

Hình37:Sơ đồ xếp tải xe 2 trục Bảng 3:giá trị hoạt tảI HL93

Tính toán giá trị hoạt tải

Tải trọng Điểm Tung độ

DAH Tai trọng trục

a)Kiểm tra ép mặt của đá tảng.

Tại vị trí kê gối cầu lên đá tảng cần phải kiểm tra điều kiện :

- Rbt , Rs - cờng độ tính toán của BT và của cốt thép

-Fcb – diện tích chịu nén cục bộ(phạm vi bản đế gối áp lên đá tảng )

-Fl – diện tích của phần BT nằm trong đờng viền của lới cốt thép tính đến mép thanh cốt thép

-θ - hệ số kể đến sự tăng khả năng chịu lực của BT do ép mặt trên diện tích nhỏ hơn diện

tích chịu lực và đợc xác định theo công thức :θ = 4 – 3 F

F cb

; đồng thời (2 ≤θ≤ 3) -F– diện tích làm việc của đá tảng tính tại mặt phẳng lới cốt thép tăng cờng dới cùng do phản lực A phân bố xuống dới 1 góc 450

àk – hàm lợng cốt thép lới tính theo thể tích BT bọc lới

n1,fa1,l1, n2,fa2,l2: số lợng, diện tích , chiều dài thanh cốt thép trong 1 lới theo 2 phơng

- S – khoảng cách giữa các lới thép

→chọnθ = 2

Điều kiện kiểm tra sẽ tơng ứng với :

26,22T < 2.1150.0,16 + 0,021.28000.0,176 = 471,5TVậy điều kiện ép mặt của đá tảng đợc thỏa mãn

b) Bố trí cốt thép trụ.

Cốt thép trụ đợc đặt theo cấu tạo

Hình38: Cấu tạo cốt thép trụ

III.Tính toán móng cọc.

1.Số liệu địa chất:

Điều kiện địa chất: 6

ϕ: hệ số uốn dọc,móng đài thấp và không qua lớp bùn ϕ = 1

Rb: cờng độ chịu nén tính toán của bê tông, Rb = 130kg/cm2

Ra: cờng độ chịu nén tính toán của cốt thép, Ra = 2800kg/cm2

mR, mfi: hệ số điều kiện làm việc của đất,đóng bằng búa hơi mR = 1, mfi = 1

F: diện tích tiết diện ngang chân cọc

u: chu vi tiết diện ngang chân cọc

li: chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc cọc

R: cờng độ tính toán của đất dới chân cọc,

Cọc ngàm 0,15m vào bệ móng = >chiều sâu hạ mũi cọc =25,35m

tra bảng 5.2 sách nền và móng thì nội xuy ta đợc R=1659KPa = 16,59Kg/cm2

Chia các lớp đất nh sau , tra bảng 5.3 sách nền và móng và nội suy ta có:

Bảng 4:tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

Sức chịu tải cho cho phép của cộc theo điều kiện đất nền

d tc

→lấy Pđ =46,67T để đa vào tính toán

Hình39:Sơ đồ tính sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền

4,84 57,61 2, 4.2.1,1

Lực dọc tính toán đến cốt đế đài: N tt =N o tt+N d tt =253,31 190,08 443,39+ = T

Lực dọc truyền xuống dãy biên:

max min

max

2 2

1

443,39 78,86.1,5

18 12.(1,5 )

tt tt

y tt

n c

i i

M x N

d.Kiểm tra ứng suất dới móng cọc:

Kiểm tra nền móng cọc ma sát theo điều kiện biến dạng: độ lún của nền móng cọc

đ-ợc tính theo độ lún của nền khối móng quy ớc có mặt cắt là abcd

Chiều cao khối móng quy ớc HM = 25,35m

Trọng lợng của khối móng quy ớc:

GM = LM.BM.HM.γtb = 10.5,5.25,35.2 = 2788,5T

Mômen tiêu chuẩn tơng ứng với tâm đáy móng qui ớc:

tc tc

2 min

2

57,65 /

51, 43 / 54,54 /

tc tc tc tb

T m

T m

T m

σσσ

=

=

=Cờng độ tính toán của đất nền tại đáy khối móng qui ớc:

Vậy ta có thể tính toán đợc độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính

e.Kiểm tra lún dới móng cọc:

ứng suất bản thân:

Giới hạn đất nền lấy đến điểm 13 ở độ sâu 9,6m kể từ đáy khối móng quy ớc.thỏa mãn

10,60 9,01 7,73 6,66 5,74 4,99

2 0,0035 3,5

Hình41:Sơ đồ tính lún

e.Kiểm tra chọc thủng:

Vẽ tháp chọc thủng thì đáy tháp trùm ra ngoài trục các cọc.

=>vậy đài cọc không bị chọc thủng

Hình42:kiểm tra điều kiện chọc thủng

CHƯƠNG IVTÍNH TOÁN MỐ CẦU

I.cấu tạo và sơ bộ kích thớc mố cầu.

a)cấu tạo mố cầu

1 - Tờng đỉnh : là bộ phận chắn đất sau dầm chủ hoặc dầm mặt cầu, có chiều cao từ mặt

cầu tới mặt mũ mố

2- Mũ mố : là bộ phận kê đỡ kết cấu nhịp và trực tiếp chịu áp lực từ kết cấu nhịp truyền

xuống

3-Tờng thân mố :làm nhiệm vụ tờng chắn đất, đỡ tờng đỉnh và mũ mố.

4-Tờng cánh:chắn đất ở 2 bên rìa cầu,tăng độ cứng cho tờng đỉnh và tờng thân.

5 -Móng mố : gồm bệ móng đỡ tờng thân mố, tờng cánh và truyền áp lực xuống kết cấu

móng

6 - Bản quá độ:đặt dốc về phía nền đờng 100 Một đầu tựa trên gờ tờng trớc mố,một đầu

kê trên dầm bê tông cốt thép đặt trong đất nền theo hớng ngang cầu.khích thớc mỗi bản rộng từ 100-150 cm,dài 200-300 cm,dày 20-25cm

Tác dụng của bản quá độ:

+ làm độ cứng của nền tăng từ đừng vào cầu do vậy giúp cho xe cộ qua lại cầu êm thuận.+ giảm ác lực ngang của đất do hoạt tải gây ra lên tờng mố

7-Ta luy một phần t nón đất(Đất đắp phần t nón): có tác dụng giữ ổn định cho ta luy nền

đ-ờng đầu cầu đồng thời hớng cho dòng chảy êm thuận

b) Sơ bộ kích thớc của mố cầu

+Tờng đỉnh:

-chiều dày: b1 =(0,3- 0,5)cm chọn b1=50cm

- chiều cao:hđ=hnhịp+hgối+hđákê=1,1+0,2+0,1+1,4m

- chiều dài (ngang cầu)=Bcầu

+Mũ mố:

- ChiÒu cao: hmò≥40cm

+ Têng th©n:

- Chiều dày tại mặt cắt đỉnh móng: b = (0.35÷0.4)H Với mố có chiều cao đất đắp

H > 8m tường trước có thể nghiêng 10:1

- Chiều dài (ngang cầu)= [ Bcầu – 2(10÷15)cm ]

Kích thước sơ bộ của mố được thể hiện dưới hình vẽ sau:

Hình43: Kích thước của mố cầuII.TÝnh to¸n mè

1- C¸c t¶i träng t¸c dông lªn mè.

Các trờng hợp tải trọng tác dụng lên mố: áp lực truyền từ kết cấu nhịp dới dạng thẳng

đứng (phản lực gối) và lực hãm T, ngoài ra ta kể đến trọng lợng của bản thân mố để tính móng sau này

γ : Trọng lượng riêng của đất đắp (KN/m3)

H: Chiều cao tường chắn (m)

B: Chiều rộng mố chịu tác dụng của các lớp đất(m)

K: Hệ số áp lực đất:

Nếu là tường trọng lực: K = K0(Hệ số áp lực đất tĩnh)

Nếu là tường công xon: K = Ka(Hệ số áp lực đất chủ động)

- Vị trí đặt hợp lực tại 0,4H tính từ mặt đất đắp đến đáy móng.