Cầu dầm super t căng trước 38 m (kèm bản vẽ)

- Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chịu nén, sức kháng uốn dương và âm gần bằng nhau: - Xác định sức kháng thép ngang Mw trên một đơn vị chiều dài - Bài toán xác định khả năng chịu lực củ

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ LAN CAN ĐƯỜNG NGƯỜI ĐI

I.1 MỘT SỐ YÊU CẦU CHUNG:

Lan can là kết cấu bố trí dọc theo lề cầu để bảo vệ cho

xe cộ và người đi không bị rớt xuống sông Lan can còn là công trình thể hiện tính thẩm mỹ, tạo hình thái hài hòa với các công trình và cảnh quan xung quanh

Hình I.1: Sơ đồ tính lan can chịu lực va xe

Để bảo đảm an toàn, lan can phải được thiết kế với tải trọng va đập của xe cộ Trị số tải trọng phụ thuộc vào cấplan can

Thông số thiết kế lan can:

+ Chiều cao tường bêtông: Hw = 800 mm

+ Chiều cao thanh lan can: HR = 1050 mm

+ Cường độ chịu kéo của cột, thanh lan can: fu = 260 MPa

I.2 ĐIỀU KIỆN KIỂM TOÁN:

Lan can thiết kế phải thoải mãn điều kiện sau:

Trong đó:

R: Tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can

Ft: Lực va ngang của xe vào lan can

Y: Chiều cao từ mặt cầu đến điểm đặt của lực tác dụng ngang Ft (mm)

R p R R w

He: Chiều cao từ mặt cầu đến tổng hợp các sức

kháng ngang của các thanh lan can (mm)

I.3 XÁC ĐỊNH CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

- Cầu được thiết kế cho đường cao tốc với tổ hợp các xe tải và các xe nặng:

- Theo bảng A13.7.3.3-1 QT 22TCN 272-05: Cấp lan can là cấp

L-3 có

Sức kháng của hệ lan can là tổng hợp sức kháng của

tường chắn, cột và dầm lan can

I.4 THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN:

I.4.1 Sức kháng của lan can:

Sức kháng của tường chắn có thể được xác định bằng phương pháp đường chảy như sau:

(13.7.3.4-1)Trong đó:

Rw: Tổng sức kháng của hệ lan can (N)

Lc: Chiều dài tới hạn của kiểu phá hoại theo đường chảy (mm)

Lt: Chiều dài phân bố của lực va theo hướng dọc Ft

Mb: Sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với

Mw tại đỉnh tường (Nmm) Do lan can không có tường đỉnh nên Mb = 0

Chiều dài tường giới hạn trên đó xảy ra cơ cấu đường chảy:

(13.7.3.4-2)Chọn:

- Lớp bêtông bảo vệ : abv = 25 mm

- Đường kính thanh cốt thép dọc : ddọc = 14 mm

- Đường kính thanh cốt thép đứng: dđứng = 14 mm

- Bước thanh cốt đai: 200

Hình I.2: Hình dạng lan can và bố trí thép trong lan can

I.4.1.1 Sức kháng tường đối với trục thẳng đứng:

- Sức kháng của tường đối với trục thẳng đứng phụ thuộc vào thép ngang trong tường

- Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chịu nén, sức kháng uốn dương và âm gần bằng nhau:

- Xác định sức kháng thép ngang Mw trên một đơn vị chiều dài

- Bài toán xác định khả năng chịu lực của tiết diện đặt cốt đơn

- Ta chia tường thành 3 phần có chiều cao lần lượt là 400

Chiều cao khối ứng suất chữ

nhật tương đương:

Hình I.3: bố trí thép trên đoạn 1

của tường

= 8.45mm

Do 28 MPa < < 56 MPa, nên:

Khoảng cách từ mép bêtông chịu nén đến trọng tâm

cốtthép chịu kéo:

= 254 mm( a: là khoảng cách từ mép bêtông vùng kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo)

Suy ra:

kNmm

(Lấy hệ số kháng uốn )

b) Xét phần 2 của tường:

Xem tường là một hình chữ nhật có bề dày không đổi.Có: Chiều cao: = 400

Khoảng cách từ mép bêtông

chịu nén đến trọng

tâm cốt thép chịu kéo:

=

354 mm

MSSV : CĐ03144 SVTH : ĐỖ THÀNH TRUNG

Hình I.4: Tiết diện qui đổi trong phần

2 của tường chắn

Bố trí thép trên phần 2

400

454 46 500

Hình I.6: Bố trí thép trên phần 3

của tường chắn

= 0.028Suy ra:

Khoảng cách từ mép bêtông

chịu nén đến

trọng tâm cốt thép chịu kéo:

Bảng tổng hợp giá trị :

n h

Diệntíchcốtthé

p As

Chiềucaocóhiệ

u d

I.4.1.2 .Sức kháng tường đối với trục ngang:

Sức kháng uốn của tường đối với trục ngang phụ thuộc vào thép đứng trong tường

Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chịu nén, sức kháng uốn dương và âm gần bằng nhau:

Xác định sức kháng thép ngang Mc trên một đơn vị chiều đứng

Bài toán xác định khả năng chịu lực của tiết diện đặt cốt đơn

a) Xét phần 1 của tường:

Các giá trị tính toán:

Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong phương pháp tính cốt đơn):

kNmm/mm

(Lấy hệ số kháng uốn )

b) Xét phần 2 của tường:

Các giá trị tính toán:

Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong phương pháp tính cốt đơn):

= 0.77 mm2

= 8.45 mmKhoảng cách từ mép bêtông chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo:

= 368 mm

Suy ra:

kNmm/mm

c) Xét phần 3 của tường:

Các giá trị tính toán:

Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong phương pháp tính cốt đơn):

Khoảng cách từ mép bêtông chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo:

n hi

Diệntíchcốtthép

As

Chiềucaocóhiệ

u dĐơn

Đây là cầu nằm trên đường cao tốc; không có lề bộ

hành cho người đi bộ nên ta chọn lan can thép kê trên lan can

I.4.2 Thiết kế cột thép:

Do không có lề bộ hành nên khi thiết kế lan can ta thiết kế với tải trọng đặc biệt là tải trọng va xe

Chọn tiết diện thanh lan can là tiết diện tròn rỗng có:

Chọn đường kính thanh lan can:

Pp: Sức kháng ngang cực hạn của 1 cột đơn ở độ cao Y

RP phụ thuộc vào biến n, đạo hàm phương trình (1), ta có:

Chọn kích thước cột:

= = 9.955 106 mm4

Sức kháng ngang cực hạn của 1 cột đơn ở độ cao Y:

= 103.53 kNMomen kháng uốn của thanh lan can:

= 42190.91 mm3

Sức kháng của thanh lan can:

= 9872.67 KNmmChiều dài 1 nhịp lan can: L = 2000 mm

cột:

= 53.91 kNTrường hợp xe va vào cột lan can thì sức kháng của phần gờ bêtông bị giảm do phải chịu tải trọng cột và dầm lan can:

Sức kháng của gờ bêtông trong trường hợp này được xác định theo côntg thức:

c) Trường hợp xe va vào cột lan can + đầu tường hoặc mối nối:

= 326.40 kN

d) Trường hợp xe va vào cột lan can + một phần đoạn tường:

= 107.81 Kn

I.4.3 Kiểm toán lan can:

I.4.3.1 Trường hợp 1: Giữa nhịp lan can + đầu tường

hoặc tại mối nối.

Sức kháng của hệ lan can:

= Rw + RR = 243.71 + 53.91 = 297.62 kN > Ft = 240 kN => ĐẠT

Chiều cao kháng:

= 826.11 mm > He => ĐẠT

I.4.3.3 Trường hợp 3: Cột lan can + đầu tường hoặc

tại mối nối.

Sức kháng của hệ lan can:

= Rw + RR = 326.40 + 142.32 = 468.72 kN > Ft => ĐẠTChiều cao kháng:

= 875.91 mm > He

=> ĐẠT

I.4.3.4 Trường hợp 4: Cột lan can + một phần đoạn

tường.

Sức kháng của hệ lan can:

= Rw + RR = 107.81 + 142.32 = 250.13 kN > Ft => ĐẠTChiều cao kháng:

Sứckhángcột +dầm

Sứckhánghệ lancan

Chiềucaokháng

Điềukiệnkiểmtoán

RW (KN) RR (KN) (KN) (mm)1

Giữa nhịp

lan can +đầu tường

tại mối nối

326.40 142.32 468.72 875.91 ĐẠT

4 Cột lan can

+ mộtphần đoạn

107.81 142.32 250.13 942.24 ĐẠT

I.4.4 Tính toán liên kết bu lông:

Chọn bu lông đường kính d =20 mm được bố trí như hình vẽ:

Hình I.9: Sơ đồ bố trí lổ bulông

I.4.4.1 Sức kéo danh định của bu lông:

Ta tính sức kéo danh định của bu lông theo (6.13.2.10.2-1):

Suy ra sức kéo danh định của bu lông:

Tn = 0.76 Ab Fub = 0.76 628.31 420 = 200.55 103 N

I.4.4.2 Lực kéo bu lông do va chạm gây ra là :

Với M là momen tại mặt cắt nối bu lông đựơc tính như sau:

I.4.5 Tính toán chống cắt cho lan can ngay tại mặt cắt tiếp xúc với bản mặt cầu (Kiểm tra trượt của lan can):

Sự truyền lực của thanh lan can và bản mặt cầu

Giả thuyết Rw Phát triển theo góc nghiêng 1:1 bắt đầu từ

Lc lực cắt tại chân tường do va chạm xe cộ VCT trở thành lựckéo T trên 1 đơn vị chiều dài bản hẫng được cho bởi :

VCT : Lực cắt do va chạm xe

Trong 4 trường hợp vừa tính ở trên, ta chọn trường hợp xe xôvào cột lan can + đầu tường hoặc tại mối nối

Acv : diện tích tiếp xúc chịu cắt, Acv = 500 1 = 500 mm2/mm

Avf : diện tích cốt thép neo của mặt chịu cắt, Avf = = 1

= 7.5 N/mm

P2: Trọng lượng của thanh lan can tay vịn

P3: Trọng lượng của cột thép

Chiều cao cột lan can: hcot = 340 mm

= 17.27 N/mm

=> Pc = 7.5 + 0.129 + 17.27 = 24.899 N/mm

c : hệ số dính kết (A 5.8.4.2), c = 0.52

 : hệ số ma sát (A 5.8.4.2),  = 0.6 

 = 1 (Bê tông tỉ trọng thông thường)

c,  Dùng cho bêtông đổ trên lớp bêtông đã đông cứng được rửa sạch vữa bẩn nhưng không làm nhám mặt.

Ta có:

= 0.52 500 + 0.6 (1.539 280 +24.899) = 533.49 N/mm

Ta thấy:

Vn < 0.2 fc’ Acv = 0.2 30 500 = 30000 N/mm

Vn < 5.5 Acv = 5.5 500 = 2750 N/mm

Vn > VCT = 144.9 N/mm

 Thỏa điều kiện chống trượt của lan can

I.4.6 Tính toán chiều dài neo của cốt thép vào trong bản mặt cầu:

Chiều dài neo thép vào bản mặt cầu lấy theo cấu tạo = 30

d (d là đường kính của thép neo)

Vậy chiều dài neo:30 d=30 14 = 420 mm

Kết luận: Lan can thoả mãn các yêu cầu chịu lực

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ DẢI PHÂN

CÁCH

II.1 ĐIỀU KIỆN KIỂM TOÁN:

Lan can thiết kế phải thoải mãn điều kiện sau:

Trong đó:

R: Tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can

Ft: Lực va ngang của xe vào lan can

Y: Chiều cao từ mặt cầu đến điểm đặt của lực tác dụng ngang Ft (mm)

He: Chiều cao từ mặt cầu đến tổng hợp các sức

kháng ngang của các thanh lan can (mm)

II.2 XÁC ĐỊNH CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

- Cầu được thiết kế cho đường cao tốc với tổ hợp các xe tải và các xe nặng:

- Theo bảng A13.7.3.3-1 QT 22TCN 272-05: Cấp lan can là cấp

L-3 có

Sức kháng của hệ lan can là tổng hợp sức kháng của

tường chắn, cột và dầm lan can

II.3 THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN:

II.3.1 Sức kháng của tường chắn:

Sức kháng của tường chắn có thể được xác định bằng phương pháp đường chảy như sau:

(13.7.3.4-1)Trong đó:

Rw: Tổng sức kháng của hệ lan can (N)

Lc: Chiều dài tới hạn của kiểu phá hoại theo đường chảy (mm)

Lt: Chiều dài phân bố của lực va theo hướng dọc Ft

Mb: Sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với

Mw tại đỉnh tường (Nmm) Do lan can không có tường đỉnh nên Mb = 0

Chiều dài tường giới hạn trên đó xảy ra cơ cấu đường chảy:

(13.7.3.4-2)Chọn:

- Lớp bêtông bảo vệ : abv = 25 mm

- Đường kính thanh cốt thép dọc : ddọc = 14 mm

- Đường kính thanh cốt thép đứng: dđứng = 14 mm

- Bước thanh cốt đai : 200 mm

Hình II.2: bố trí thép trên đoạn 1

của tường chắn

Hình II.1: Hình dạng dải phân cách và bố trí thép

trong dải phân cách

II.3.1.1 Sức kháng tường đối với trục thẳng đứng:

- Sức kháng của tường đối với trục thẳng đứng phụ thuộc vào thép ngang trong tường

- Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chịu nén, sức kháng uốn dương và âm gần bằng nhau:

- Xác định sức kháng thép ngang Mw trên một đơn vị chiều dài

- Bài toán xác định khả năng chịu lực của tiết diện đặt cốt đơn

- Ta chia tường thành 3 phần có chiều cao lần lượt là 400

Chiều cao khối ứng suất chữ

nhật tương đương:

= 8.45 mm

Do 28 MPa < < 56 MPa, nên:

.Khoảng cách từ mép bêtông chịu nén đến trọng tâm

cốtthép chịu kéo:

= 554 mm( a: là khoảng cách từ mép bêtông vùng kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo)

Suy ra:

kNmm

(Lấy hệ số kháng uốn )

b) Xét phần 2 của tường:

Xem tường là một hình chữ nhật có bề dày không đổi.Có: Chiều cao: = 800 mm

Khoảng cách từ mép bêtông chịu nén đến trọng

tâm cốt thép chịu kéo:

= 754 mm

= 0.013

Khoảng cách từ mép bêtông chịu nén đến

trọng tâm cốt thép chịu kéo:

Bảng tổng hợp giá trị :

p As

Chiề

u caocóhiệud

II.3.1.2 Sức kháng tường đối với trục ngang:

Sức kháng uốn của tường đối với trục ngang phụ thuộc vào thép đứng trong tường

Bỏ qua sự tham gia của cốt thép chịu nén, sức kháng uốn dương và âm gần bằng nhau:

Xác định sức kháng thép ngang Mc trên một đơn vị chiều đứng

Bài toán xác định khả năng chịu lực của tiết diện đặt cốt đơn

a) Xét phần 1 của tường:

Các giá trị tính toán:

Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong phương pháp tính cốt đơn):

= 10.107 = 0.0177Suy ra:

kNmm/mm

(Lấy hệ số kháng uốn )

b) Xét phần 2 của tường:

Các giá trị tính toán:

Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong phương pháp tính cốt đơn):

= 0.77 mm2

= 8.45 mmKhoảng cách từ mép bêtông chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo:

= 768 mm

Suy ra:

kNmm/mm

c) Xét phần 3 của tường:

Các giá trị tính toán:

Chiều cao trụ bêtông (chính là chiều rộng b tính toán trong phương pháp tính cốt đơn):

n hi

Diệntíchcốtthép

As

Chiềucaocóhiệ

u dĐơn

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

III.1 KHÁI NIỆM:

Mặt cầu là bộ phận trực tiếp chịu tải trọng giao thông và chủ yếu quyết định chất lượng khai thác của cầu vì vậy mặt cầu cần bằng phẳng, đủ độ nhám, đảm bảo thoát nước, khai thác thuận tiện, ít hư hỏng nhất và an toàn tối đa cho các phương tiện tham gia giao thông

Bản mặt cầu là kết cấu có dạng bản kê trên hệ dầm mặt cầu gồm các dầm chủ, dầm ngang và dầm dọc phụ, vì vậy bản mặt cầu chủ yếu làm việc chịu uốn cục bộ như một bản kê trên hệ dầm mặt cầu Ngoài ra bảncòn là cánh trên của dầm T, dầm hộp nên còn tham gia chịu nén hoặc kéo khi chịu uốn tổng thể của cầu

Trong cầu bêtông cốt thép bản mặt cầu thường làm bằng bê tông, bê tông dự ứng lực, đúc tại chỗ hoặc lắpghép

III.2 CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU:

¯ Bản Bêtông cốt thép dày: 20 cm

¯ Lớp phủ Bêtông Atphan dày: 7 cm

¯ Tầng phòng nước dày: 0.4 cm

Bª t « ng at phan: 7 c m

Lí p BTCT l iª n kÕt : 20c m TÇng phß ng n í c : 0.4 c m

Hình III.1 :Cấu tạo bản mặt cầu

III.3 SƠ ĐỒ TÍNH:

Bản của cầu không dầm ngang được tính theo hai bước:

¯ Tính bản chịu lực theo sơ đồ bản hai cạnh

¯ Tính bản chịu lực theo sơ đồ dầm congxon

Sau đó các kết quả tính toán sẽ được so sánh với nhau làm căn cứ tính duyệt mặt cắt và chọn cốt thép

 Lực tác dụng bản mặt cầu:

b) Trọng lượng lớp phủ mặt cầu :

- Lớp phủ bêtông Atfan :

- Lớp phòng nước :Vậy

c) Trọng lượng của thanh lan can trên 1 mét dài cầu:

0.129N/mm

Quy về lực tập trung: P1 = glancan 1000 = 0.129 1000 = 3 N

Trọng lượng của cột lan can trên 1 mét dài cầu:

Quy về lực tập trung: P2 = gcot 1000 = 0.03 1000 = 30 N

Trọng lượng của tường chắn trên 1 mét dài cầu:

Quy về lực tập trung: P3 = gbt 1000= 7.2 1000 = 7200 N

Tổng trọng lượng của hệ lan can truyền xuống bản mặt cầu:

Pb = P1 + P2 + P3 = 129 + 30 + 7200 = 7359 N/mm

Hệ số :

- : hệ số liên quan đến tính dẻo: = 0,95 (1.3.3)

- : hệ số liên quan đến tính dư: = 0,95 (1.3.4 )

- : hệ số liên quan đến tính quan trọng khaithác: = 1,25 (1.3.5 )

III.3.3 Hoạt tải:

Hình III.3 :Sơ đồ tính đối với bản mặt cầu

Ta xem bản mặt cầu như dầm liên tục được tựa trên các gối tựa

Để đơn giản trong tính toán, khi tính toán cho bản mặt cầu

ở phía trong, ta xem như một dầm giản đơn tựa trên 2 gối tựa, sau đó để xét đến tính liên tục ta nhân thêm hệ số xét đến ảnh hưởng liên tục

a) Do tĩnh tải:

 Trạng thái giới hạn cường độ :

1210

1210 20

 Trạng thái giới hạn sử dụng

b) Do hoạt tải:

 Xét trường hợp đặt hai làn xe:

Ta xét trường hợp đặt hai làn xe : hệ số tải trọng n = 1 Bề rộng tác dụng của bánh xe lên bản mặt cầu

Khi xét trường hợp xe lấn làn , trên nhịp bản mặt cầutrong trường hợp này sẽ chịu tác dụng của hai bánh xecủa 2 xe cách nhau 1,2m , lực phân bố tác dụng của 2bánh xe như hình vẽ

1210

Hình III.4 :sơ đồ đặt bánh xe lên bản mặt cầu

Bề rộng tác dụng của hai bánh xe :

> S = 1210mm

Do đó ta chỉ lấy trong phạm vi S = 1210 mm

 Qui tải trọng tác dụng của xe thành lực phân bốvới độ lớn p

 Trạng thái giới hạn cường độ :

 Trạng thái giới hạn sử dụng

 Xét trường hợp đặt một làn xe:

Hình III.5 :trường hợp đdt1 làn xe lên bản mặt cầu

Ta xét trường hợp đặt một làn xe : hệ số tải trọng n =1,2

Bề rộng tác dụng của bánh xe lên bản mặt cầu

Qui tải trọng tác dụng của xe thành lực phân bố vớiđộ lớn p

 Trạng thái giới hạn cường độ :

 Trạng thái giới hạn sử dụng

Nhận xét : vì khi đặt một làn xe nội lực trong bản lớnhơn khi đặt hai làn xe do đó ta xét trường hợp xếp 1 làn xe

III.3.3.2 Xét tính liên tục của bản

a) Bề rộng của dải bản ảnh hưởng của bánh xe:

Chiều rộng của dải bản ảnh hưởng của bánh xeđược gọi là chiều rộng dải bản tương đương được lấynhư trong bảng 22 TCN 272-05 4.6.2.1.3

 Nội lực trong bản dầm trong:

Trạng thái giới hạn cường độ :

Trạng thái giới hạn sử dụng :

III.3.3.3 .Tính bản chịu lực như dầm congxon đối với bản hẫng:

a) Do tĩnh tải:

- Xét ở trạng thái giới hạn cường độ:

= = 6.262 106

Nmm

- Xét ở trạng thái giới hạn sử dụng: