Đồ án môn học và thuyết minh cầu dầm T24m

Đồ án môn học thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực dân T24 m Đồ án môn học thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực dân T24 m Đồ án môn học thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực dân T24 m Đồ án môn học thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực dân T24 m Đồ án môn học thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực dân T24 m Đồ án môn học thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực dân T24 m Đồ án môn học thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực dân T24 m

MỤC LỤC

PHẦN I LỜI MỞ ĐẦU 2

PHẦN II: THIẾT KẾ CƠ SỞ 3

ChươngI.Nhiệm vụ thiết kế 3

1 Giới thiệu về công trình 3

2 Quy trình quy phạm sử dụng 3

3 Mục tiêu của dự án 3

4 Sự cần thiết phải đầu tư 3

4.1 Điều kiện tự nhiên 4

4.2 Điều kiện địa chất 4

4.3 Điều kiện thủy văn 4

5 Quy mô-kỹ thuật- Cấp hạng công trình cầu 4

5.1 Vị trí cầu, quy mô, khổ cầu, tĩnh không thông thuyền 4

6CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ 6

6.1Các kích thước 6

6.2Lựa chọn kích thước dầm chủ và dầm ngang 6

6.3Các đặt trưng vật liệu 7

6.4 Các kích thước trên mặt cắt ngang 7

6.4 Tải trọng thiết kế 8

6.5 hệ số điều chỉnh tải trọng 8

Chương II Tính toán lan can và tay vịn 8

1 Lựa chọn kích thước và bố trí thép trong lan can 8

2 Xác định khả năng chịu lực của tường lan can 9

2.1 Khả năng chịu lực của dầm đỉnh M b 9

2.2 Khả năng chịu lực của tường quanh trục thẳng đứng M w H 9

2.3 Khả năng chịu lực của tường theo trục nằm ngang M c 12

3 Xác định khả năng chịu lực của thanh và cột lan can 12

3.1 Cột lan can P p 12

3.2 Thanh lan can M R 13

4 Tổ hợp va xe 14

4.1 Va xe ở vị trí giữa tường 14

4.1.1 Vị trí va tại cột 14

4.1.2 Vị tri va tại thanh lan can 15

4.4 Va xe tại khe giãn nở vì nhiệt 16

4.5 Kiểm tra chống truợt của lan can 17

5 Chứng minh công thức sử dụng trong phần tính lan can 17

Chương III, Tính toán bản mặt cầu 19

1 Chọn lớp phủ mặt cầu: 19

2 Tính toán bản hẫng 20

2.1 Số liệu tính toán 20

2.2Xác định nội lực 20

2.3Nội lực do tính tải 20

2.4Tổ hợp tải trọng 23

2.5 Thiết kế cốt thép 25

2.6 Kiểm tra vết nứt 26

3Tính toán bản loại dầm 28

3.1 Số liệu tính toán 28

3.2 Xác định nội lực do tĩnh tải 28

3.3 Nội lực do hoạt tải 29

3.4 Nội lực có xét đến tính liên tục của bản: 30

3.5 Thiết kế cốt thép: 31

3.6 Kiểm tra nứt : 33

Chương III.4 Tính toán dầm ngang 33

4.1Số liệu tính toán 33

4.2Xác định nội lực tĩnh tải tác dụng lên dầm phụ : 34

4.2.1 Xác định các lực tác dụng 34

4.2.2 Xác định momen 34

4.2.3 Xác định giá trị lực cắt 34

4.2.4Xác định nội lực do hoạt tải gây ra: 35

4.2.5 Xác định Momen do hoạt tải tác dụng lên dầm phụ : 36

4.2.6 Xác định lực cắt do hoạt tải tác dụng lên dầm phụ 38

5Thiết kế cốt thép 39

5.1 Thép dọc chịu Momen 39

5.2 Thép đai chịu lực cắt 41

5.3 Số liệu tính toán : 41

5.4 Tính bước cốt dai S 41

5.5 Kiểm tra vết nứt 44

Chương IV Tính toán dầm chủ 47

2 Tính toán hệ số phân bố ngang 47

2.1 Hệ số phân bố ngang của momen đối với dầm giữa 47

3 Hệ số phân bố lực cắt đối với dầm trong 49

3.3Hệ số phân bố momen dới với dầm ngoài 50

3.4 Hệ số phân bố lực cắt cho dầm bên 51

3.5 Xác định nội lực 51

3.5.1 Đối với dầm giữa 51

3.5.2 Tải trọng tác dụng 51

3.6 Nội lực tại các mặt cắt 53

3.7 Đối với dầm biên ta tính tương tự 61

4 Tổ hợp nội lực tại các mặt cắt theo trạng thái giới hạn 63

4.1 Trạng thái giới hạn sử dụng: 64

4.2Lựa chọn số lượng cáp và bố trí cáp 65

4.3 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện qua từng giai đoạn làm việc 69

5 Tính toán mất mát ứng suất 75

5.1 Mất mát ứng suất tức thời 75

5.2 Lặp lần 1: 77

5.3 Lặp lần 2 77

5.4Lặp lần 3 78

5.5 Lặp lần 4 78

6 Mấtt mát ứng suất theo thời gian 78

6.1 Mất mát ứng suất do co ngót 78

6.2 Mắt mát ứng suất do từ biến 78

6.3 Mất mát ứng suất do chùng nhão trong giai đoạn khai khác 79

6.4 Bảng tổng hợp mất mát ứng suất 79

6.5 Tính toán trong giai đoạn truyền lực căng 80

6.5.1Tại mặt cắt gối 80

6.5.2 Tại mặt cắt giữa nhịp 81

6.6 Tính toán chịu nén ở trạng thái giới hạn sử dụng 81

6.7 Kiểm tra tại mặt cắt giữa nhịp 81

6.7.1 Ứng suất tại thớ trên của tiết diện 81

6.7.2 Ứng suất tại thớ dưới của tiết diện 82

7 Tính toán chịu uốn ở trạng thái giới hạn cường độ 83

7.1 Xác định momen kháng uốn danh định của tiết diện ở giữa dầm: 83

7.2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép : max 85

7.4 Chọn cốt thép thường 86

7.5 Thiết kế lực cắt 87

7.6 Mặt cắt tại gối 87

7.7 Kiểm tra cốt thép dọc 91

7.7.1Mặt cắt tiết diện thay đổi 91

PHẦN III BẢN VẼ 94

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CẦU BTCT DỰ ỨNG LỰC THEO TIÊU

CHUẨN 22TCN-272-0

PHẦN I LỜI MỞ ĐẦU

Trong mục tiêu phát triển đến năm 2030, nước ta về cơ bản trở thành một nước công nghiệp Do đó, nhu cầu về xây dựng cơ sở hạ tầng đặc biệt là phát triển mạng lưới giao thong vận tải đã trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết nhằm phục vụ cho sự phát triển nhanh tróng và bền vững của đất nước Sau thời gian học tập môn Thiết kế cầu tại trường Đại Học Công Nghệ GTVT, em được giao nhiệm vụ thực hiện đồ án thiết kế

môn học(TKMH) là: “ THIẾT KẾ CẦU BTCTDƯL-DỰ ÁN CẦU DACKNĂNG” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Phạm Ngọc Trường.

Tuy đồ án TKMH đã hoàn thành song bản thân em tự nhận thấy rằng trong đồ ánTKMH này còn có nhiều thiếu sót do chưa chịu đầu tư một khoảng thời gian thích hợp

để tìm hiểu quy trình 22TCN 272-05, nghiên cứ sâu về các vấn đề trong đồ án TKMH

Em mong rằng sẽ được sự đóng góp ý kiến quý giá của các thầy cô trong quá trìnhchấm đồ án TKMH này, để từ đây em sẽ rút ra những bài học để phục vụ quá trình làm

đồ án tốt nghiệp sắp tới Em xin cảm ơn!

1 Giới thiệu về công trình.

Nút giao thông trên tuyến đường vành đai quốc lộ 26 là tuyến đường nối giữa 2 tỉnh Đăk lăk và Khánh Hòa được quy hoạch là tuyến đường 2 chiều, mỗi chiều có 1 làn xe(tổng cộng 2 làn xe), khổ cầu 7+1.5*2=10 m, tốc độ thiết kế 60Km/h.Tại nút giao thông trên tuyến đường, quan sát hàng ngày cho thấy dòng xe có nhiều chuyển động khác nhau với lưu lượng lớn

Xuất phát từ thực tế đó, em được giao nhiệm vụ thực hiện đồ án là: “ THIẾT

KẾ CẦU BTCTDƯL- DỰ ÁN CẦU ĐAKNĂNG” Đây là cơ hội tốt để em củng cố,

trau dồi kiến thức lý thuyết thiết kế cầu, thực hành năng lực chuyên môn, biết kiến thức

lý thuyết thành năng lực thực tế, giúp em làm quen với công việc thiết kế đảm bảo yêu cầu trong kế hoạch đào tạo của trường phục vụ thiết thực cho công việc thiết kế sau này

2 Quy trình quy phạm sử dụng.

Trong quá trình làm đồ án em sử dụng 2 quy trình:

- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05

- Tiêu chuẩn thiết kế đường TCVN-4054-2005

3 Mục tiêu của dự án.

Nhằm khắc phục tình trạng ùn tắc giao thông trên tuyến đường, tạo điều kiện chocác phương tiện giao thông lưu thông giữa các vũng được thuận lợi, góp phần vào việc phát triển kinh tế cho vùng miền, đặc biệt là về kinh tế vận tải và du lịch

4 Sự cần thiết phải đầu tư

Cùng với sự phát triển ngày càng cao của nền kinh tế quốc dân, trong các đô thị lớn của ta, người và các phương tiện giao thong trong các nút giao cắt ngã ba, ngã tư, đặc biệt vào các giờ cao điểm đã trở nên quá tải và thường xuyên ùn tắc kéo dài Vì vậy

để giả quyết vấn đề trên , một trong các biện pháp hiệu quả nhất đó là xây dựng cầu vượt tại các điểm giao cắt lớn

4.1 Điều kiện tự nhiên

Đắk Lắk có địa hình có hướng thấp dần từ đông sang tây bắc Khí hậu toàn tỉnh được chia thành hai tiểu vùng Vùng phía tây bắc có khí hậu nắng nóng, khô hanh

về mùa khô, vùng phía đông và phía nam có khí hậu mát mẻ, ôn hòa Thời tiết chia thành 2 mùa khá rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10 kèm theo gió tây nam thịnh hành Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, trong mùa này độ ẩm giảm, gió đong bắc thổi mạnh, bốc hơi lớn,gây khô hạn nghiệm trọng.lượng mưa trung bình toàn tỉnh đạt từ 1600-1800mm

4.2 Điều kiện địa chất

Địa tầng các lớp dưới vị trí xây dựng cầu gồm các lớp như sau:

+ Lớp 2A sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mền

+ Lớp 3C: cát thô, màu xám trắng, xám vừa, kết cấu rồi rạc,chặt vừa

+ Lớp 5A: cuội tảng (D=0.3-0.8 m) xen kẹp cát pha, kết cấu rời rạc

+ Lớp 7B: Đá granit xám vàng, xám nâu, phong hóa nặng, vỡ dăm, vỡ vụn,độ cứng cấp 4, (TCR=0%,RQD=0%)

+ Lớp 5: Đá granit màu xám xanh, đốm trắng, phong hóa nhẹ

4.3 Điều kiện thủy văn

+ QTK=329.71 m3/s

+Htk=594.44 m

+Vtk=60 Kkm/h

5 Quy mô-kỹ thuật- Cấp hạng công trình cầu

5.1 Vị trí cầu, quy mô, khổ cầu, tĩnh không thông thuyền

 Chọn vị trí xây dựng cầu

Việc lựa chọn vị trí xây dựng cầu cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau đây:

- Phù hợp với quy hoạch phát triển giao thông khu vực, ít tác động đến môi trường dân sinh và xã hội

- Thuận lợi cho hoạt động giao thông

- Thỏa mãn các tiêu chuẩn về yếu tố hình học của tuyến và cầu

-Thỏa mãn các yêu cầu về thủy văn, thủy lực

- thuận lợi cho thi công và tổ chức thi công

- có giá thành xây lắp hợp lý

Đối với những cầu nhỏ(L<25m) và cầu trung(L=25-100 m) vị trí cầu được lựa chọn phù hợp vào vị trí tuyến đường do đó cầu có thể chéo, cong hoặc nằm trên dốc Đối với cầu lớn (L>100m), vị trí tuyến đường phụ thuộc vào vị trí cầu, do đó yêu cầu người thiết kế phải có tầm nhìn tổng quát về mặt kỹ thuật, quy hoạch và kinh tế khi chọn vị trícầu Vị trí này cần đáp ứng các yêu cầu sau:

+ phù hợp với các yêu cầu chung của mặt bằng tuyến và quy hoạch chung của dự

án và của khu vực

+ Vị trí cầu có thể vuông góc hoặc không vuông góc với dòng chảy( sai lệch trênbình đồ không dưới 100) Việc lựa chọn này ảnh hưởng tới chiều dài cầu nhằm đảm bảo khẩu đọ thoát nước, tính toán xói lở Nên đặt ở đoạn sông thẳng để tránh xói lở và đoạn hẹp( thì cần lưu ý vấn đề xói lở do thắt hẹp dòng chảy)

+ trắc dọc cầu phải đảm bảo sự êm thuận theo toàn tuyến, bố trí đường cong đứng, cong nằm theo quy định

+ Cầu phải đặt trên long sông có dòng sông ổn định, nơi có nước chảy đều, không xoáy, ít bị bồi lắng, nằm cách vị trí giao nhau giữa các sông tối thiểu 1,5 lần chiều dài nhịp thoát nước của cầu

+Vị trí giữa của mỗi kết cấu nhịp phải đặt trùng với trục dòng chảy, trên cơ sở

+ Phải đảm bảo các trục của dòng chảy song song với nhau( lệch nhau không quá 100) và trụ được thiết kế sao cho hướng dòng chảy hướng vào phía giữa nhịp thoát nước Không được để trụ cầu hướng dòng chảy làm xói lở mố cầu.

 Quy mô khổ cầu

Khổ cầu 7+2*1.5 gồm 4 dầm chữ I chiều dài 1 dần là 24 m mố cầu 4.0 m tổng chiều dàitoàn cầu là 32.1 m

- Xây dựng cầu vĩnh cửu

líp v÷a t¹o mui luyÖn dµy 200 mm

Chiều dài nhịp tính toán L=23.3 m

Chiều dài toàn dầm Ld=24 m

6.4 Các kích thước trên mặt cắt ngang

Khoảng cách giữa các dần chủ S=2450 mm

Số lượng dầm chủ Nb= 4 dầm

Bê tông aspham dày 70 mm dùng mui luyện với độ dốc 2% do đó dày trung bình

Chương II Tính toán lan can và tay vịn

1 Lựa chọn kích thước và bố trí thép trong lan can.

Lựa chọn và bố trí thép như hình vẽ:

Sử dụng bêtông cấp 30 MPa có: fc’ = 30(MPa).

Thép thanh lan can dùng CT3 Cầu có fy = 200(MPa)

Bố trí khoảng cách giữa các cột lan can là 1650(mm)

Bố trí khe giãn nở vì nhiệt cách nhau 8600(mm) với bề rộng là 20(mm)

2 Xác định khả năng chịu lực của tường lan can.

2.1 Khả năng chịu lực của dầm đỉnh M b

Do không có dầm đỉnh nên Mb = 0

2.2 Khả năng chịu lực của tường quanh trục thẳng đứng M w H.

Do cốt thép bố trí đối xứng nên ta có momen âm và dương đều bằng nhau.Đối với tiết diện thay đổi ta qui đổi về tiết diện chữ nhật tương đương có diệntích bằng với diện tích ban đầu nhưng không làm thay đổi chiều cao của lan lan

Chia tường thành 3 phần tại 3 vị trí thay đổi tiết diện như hình vẽ:

 Phần 1

Tiết diện phần 1 như hình vẽ:

Tiết diện là b x h = 350 x 200

2 s

s

s y ' c

Chiềucaoh(mm)

Diện tíchcốt thép

MwH(N.mm)

= 46488,47 (kN.mm)

2.3 Khả năng chịu lực của tường theo trục nằm ngang M c

Phần này chỉ do cốt thép phía trong chịu và cũng chia làm 3 đoạn để tính trung bình.

Khi tiết diện thay đổi ta chọn tiết diện lớn nhất ở ngàm để xác định khả năng chịu lực

Thép ở đây dùng thép Ф14 bố trí với a = 200 theo phương dọc cầu

Cắt 1 mm theo phương dọc cầu ta có 5 thanh nên diện tích thép trên 1mm dàilà:

2

2 S

Diện tíchthép

MPY



Với:

Y= 200 (mm): chiều cao của cột lan can

Mp =.S.fy: là momen kháng uốn tại mặt cắt ngàm vào tường lan can.S:momen kháng uốn của tiết diện quanh trục x-x.

Momen quán tính của tiết diện:

x x

 

4 3

2 w

Số cột tham gia chịu lực là 1 cột

 Sức kháng kết hợp của thanh lan can và cột lan can:

2

R p t

2.2.1650 1070127658,86 N

w p R '

w

w

R H k.P HR

4.1.2 Vị tri va tại thanh lan can

Với Lc = 2853 (mm) có 3 nhịp tham gia chịu lực do L = 1650 (mm)

Số cột tham gia chịu lực là 2 cột

Sức kháng của thanh và cột lan can:

t

16M (n 1)(n 1)P LR

Chiết giảm như ở 4.1.1 và ta có:

t c

4.2.3Va tại đầu tường.





Triết giảm khả năng chịu lực của tường như phần 4.1.1 và ta có:

t c

Vậy lan can đủ khả năng chịu lực

4.4 Va xe tại khe giãn nở vì nhiệt.

Khi va xe tại khe giãn nở vì nhiệt thì cũng giống trường hợp va xe tại đầu tường nhưng lực Ft phân bố cho hai bên tường Do đó mỗi bên tường chỉ chịumột nửa lực Ft nên chắc chắn chịu được va xe

4.5 Kiểm tra chống truợt của lan can.

Lực cắt do va xe truyền xuống ứng với lan can cấp L3 là:

t CT

Pc trọng lượng tỉnh trên 1 đơn vị chiều dài

Để an toàn ta chỉ lấy phần bêlông

Vậy lan can đủ khả năng chống trượt

5 Chứng minh công thức sử dụng trong phần tính lan can.

Công thức chứng minh ở đây chỉ dành cho phần cột và thanh lan can ở đầu tường:

Gọi: Khoảng cách giữa hai cột là: L

Số cột tham gia chịu lực là : n

LnL2

+ Công của thanh lan can

Ta có: UP i M Pi

Với

i i

x Y

i 1 P

M

in.Y

n n 1

M 2n.Y

P P

M n 1

2Y

M P Y

trung bình

Vậy ta có chiều dày của lớp phủ là 70 (mm) và trọng lượng phân bố đều với cường độ 1.43.10-3 (N/mm2 ).

Trọng lượng riêng của bêtông c = 0,245.10-4 (N/mm3)

Cường độ bêtông fc’ = 30 (MPa)

Trọng lượng riêng của kết cấu thép s = 0,785.10-4 (N/mm3)

Bản mặt cầu dày 200mm

Trọng lượng của cột và thanh lancan.

Thanh lan can:

2 2

Hoạt tải tác dụng lên bản mặt cầu:

Do khoảng cách giữa hai dầm chủ là 2.45 m < 2,6 m nên HL93 tác dụng chỉ có xe 3 trục ( Truck )

Do thiết kế bản hẫng nên trục xe 3 trục cách mép làm 0,3 m Theo hình vẽ ta có:

800

FT=24000

T=89.22N

MCT=72267.66N/MM

Trục 3 xe trục cách tim dầm biên 100mm ớ phía trong bản loại dầm

Ta có cường độ phân bố của bánh xe là:

1

P.1 LL

Tải trọng va xe truyền từ bản lan can xuống:

Ở đây ta chỉ thiết kế với tải trọng va xe là Ft =240 (kN) phân bố trên Lt

= 1070 (mm) ( lan can cấp L3 ) Chứ không thiết kế theo điều kiện tương thích về vật liệu vì khả năng chịu lực của tường ở mỗi vị trí khác nhau thí khác nhau

Lực kéo tác dụng lên bản mặt cầu:

 

3 t

.800.1

1070 2.810072267,66 N / mm

P4=0.095N P3=0.375 P2=0.375 P1+P2=3.95

T=89.89

LL=90.41*10^-3N/MM

MCT=72267.66*10^-3 N/MM

1235 1035 835

 

(3,92 0,03).500 0, 735.300 0, 735.333,33 0,095.4002478,5 N / mm

5 DW

6 LL

Trạng thái giới hạn đặc biệt:

0,85.f a.b TA

Diện tích cốt thép trên 1 m dài : 20,6 (mm2 )

Chọn 10 16 có As = 20,11 (cm2) nhỏ hơn so với lượng thép yêu cầu 2,4% nên cố thép đảm bảo khả năng chịu lực

Bố trí 10 16 với a = 100 (mm)

2.6 Kiểm tra vết nứt.

Khi kiểm tra nứt ta phải kiệm tra trên tiết diện bxh = 1000x200 thì ta mới xác định được số thanh thép tham gia chống nứt

Xác định trục trung hoà của tiết diện khi bị nứt:

E n E

sa 3

sa s

Cường độ bê tông: fc’ = 30 (MPa)

3.3 Nội lực do hoạt tải.

Do chấp nhận lấn làn nên ta có 2 trường hợp như sau:

Trường hợp 1: Chỉ có 2 bánh xe đặt lên bản mặt cầu

Cường độ phân bố của hoạt tải là:

1

P p

2b



Với: b1 = b2 + 2hDW = 510+2.700 = 650 (mm)

P = 145.103 (N)

 

3145.10

Trường hợp 2 : Hai bánh xe đặt lên trên bản mặt cầu

Thì ta có cường độ phân bố của hoạt tải là:

3 ''

3.4 Nội lực có xét đến tính liên tục của bản:

Do nội lực ở trường hợp 2 lớn hơn nên dùng giá trị nội lực ở trường hợp 1 nên ta dùng hoạt tải ở trường hợp 2 để thiết kế

Ta có bề rộng ảnh hưởng của vệt bánh xe theo phương dọc cầu:

Ta có cách qui đổi momen từ bản loại dầm sang bản ngàm như hình vẽ:

Trạng thái giới hạn cường độ:

1682,532994,16 N.mm

1 LL

DC DW s 2

1677,513783,13 N.mm





Mà

' c

 Diện tích cốt thép trên 1 m dài : As = 7,91 (cm2 ) chọn 516 với As = 10,05(cm2) bố trí khoảng cách là a = 200 để dễ bố trí với cốt thép ở bản hẫng.Đối với cốt thép chịu momen dương:

Cách tính tương tự nhưng ta chọn ds = 160 vì phía dưới betông tiếp xúc trực tiếp với không khí Ta có:

Tương tự như kiểm tra nứt ở bản congsol

Đối với thép chịu momen âm ta có:

Chương III.4 Tính toán dầm ngang

Trọng lượng riêng bêtông: c = 0,245.10-4 (n/mm3)

Cường độ bêtông: fc’ = 30 (Mpa)

Cường độ cốt thép: fy =280 (Mpa)

Kích thước dầm: b x h = 250 x 600 (mm)

Tỉ số modul :

s c

4.2.4Xác định nội lực do hoạt tải gây ra:

a, Hoạt tải qui từ 2 bản sàn lân cận về dầm phụ:

Ta có biểu đồ đường ảnh hởơng về giá trị  được tính như sau:

1 0.715

110 kN

110 kN

p' 01 =72968N

Trạng thái giới hạn cường độ: