Thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm super t theo tiêu chuẩn 22TCN 272 05 phần 2

Tiếp nối phần 1, mời bạn đọc cùng tham khảo phần 2 cuốn sách Thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm SuperT theo tiêu chuẩn 22TCN 27205 sau đây. Sách gồm 2 chương và 3 phụ lục. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Phụ lục 1

V Í D Ụ T ÍN H T O Á N T H IẾ T K Ê D Ẩ M S U P E R -T C Ả N G T R Ư Ớ C

T H E O P H Ư Ơ N G P H Á P Đ Ơ N G IẢ N

Quy ước sử dựng:

+ Nhập số liệu vào các ô sẫm màu

+ Di chuyển đến phần tính duyệt nếu tất cả các mục đều hiện "Đạt" là thiết kế thỏa mãn Nếu hiện "Không đạt" thì cần thay đổi số liệu đầu vào (kích thước dầm, đặc trưng vật liệu )- Tuy nhiên nếu các giá trị nội lực, ứng suất quá nhỏ so với các giá trị giới hạn thì cần thay đổi số liệu để có một thiết kế tối ưu

1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ

Khoảng cách đầu dầm đến tim gối: a :s 0.35m

Mặt xe chạy:

Dải an toàn:

Lề người đi:

Gờ lan can:

+ Tải trọng người đi 3kPa

B, := 9.75m B2 := 0.5m

B, := Om B4 ■:= 0.5m

B = 11.75m Vật liệu kết cấu:

bản mặt cầu: f c2 := 32MPa BTCT dự ứng lực

Loại cốt thép DƯL: tao thép Tao 7 sợi xoắn đường kính Dps := 15.2mm

Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn:

Thép thường:

fpu := 1860MPa f„ := 620MPa

fy := 420MPa

Nb := 5

Quy trình thiết kế: 22TCN 272 - 05

1.2 CÁC SỐ LIỆU THIẾT K Ế HÌNH HỌC

1.2.1 Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu

- Số lượng dầm chủ:

- Lề người đi đồng mức với mặt cầu phần xe chạy, và được ngăn cách với nhau bằng

gờ phân cách

- Bố trí dầm ngang tại các vị trí gối cầu: 2 mật cắt

N n : = ( N b - l ) - 2 N n = 8

B - (N b - 1)S - 2 • 150mm

Số lượng dầm ngang :

- Chiều dày trung bình cúa bản:

Lớp bê tông atphan:

Lớp phòng nước:

Sk = 1.165m

hf := 16cm

tj := 75mm

t2 := 5mm

2+100 M

i t ì l

I M FME A5PHALT COHCRCTE 75nm 1HICK

WATER PR«CFW6 5mm 1HICK R.c DECK SLAB 1SĐmm 1HICK

rrPOJ-ịữ

HirH 1.1: Mặt cắt ngarg kết cẩu nhịp

1.2.2 Thiết kế dầm chủ

- Chiều cao dầm Super-T: H := 175cm

H' := 80cm

- Chiều cao bầu dưới:

- Chiều cao vút dưới:

h6 := 21cm h5 := 5cm h4 := 30cm h2 := 7.5cm h3 := 101.5cm

- Chiều cao vút trên:

- Chiểu cao sườn:

- Bể rộng bầu dầm dưới: b] := 70cm

b'| := 89cm

= 8cm

= 22.6cm

= lOcm

= 65.5cm

= 89cm

= 2.b6 + b7 b2 = 2.2m

- Chiều cao toàn dầm (cả bản mặt cẩu):

h := H + hf

h = 1.9 lm Đoạn cắt khấc: Lck := 800mm

Đoạn dầm đặc: Ldac := 1200mm

Hình 1.2: M ặt cắt ngang dầm

vị trí trên gối

b 5

- Bề rộng bản cánh trên: b6

b~

Hình 1.3: Mặt cắt ngang điển hình

1.2.3 Cấu tạo dầm ngang

- Chiểu cao dầm ngang:

- Bể dày dầm ngang:

- Chiều dài dầm ngang:

Bề rộng vút trên:

Cao vút trên:

Diện tích m/c dầm ngang:

Hdn := H' Hdn = 0.8m

a’dn := 1020mm adn := 1350mm := lOOmm hvdn := 75mm

+ 2.a ^ -ha

100 1020

Sdn : = ( a d n + a vđn)-h vđn + dn ^ adn -(H dn - h vdn)

s dn= 1.016m2

1.3 TÍNH TOÁN CÁC THAM s ố THIÊT KẾ

1.3.1 Tính đặc trưng hình học mật cát dầm Super-T

Xét các mặt cắt đặc trưng gồm:

+ Mặt cắt cách gối dv (kiểm tra lực cắt) Xj := 1 -59m

+ Mặt cắt không dính bám 1: x2 := 3m

Lập véc tơ toạ độ các mặt cắt đặc trưng:

:=

x3

, x 4 ,

x mc = 3

6 ,18.8,

m

1.3.1.1 X ét m ặt cắt trên gối x0

Điện tích mặt cắt:

Mômen tĩnh đối với đáy dầm: Sb() := 0.1145 m3

A0 := 0.87894 m2

L O

1 1

1350

Mômen tĩnh đối với thớ trên dầm : St0 := 0.04295m3

Mômen quán tính đối với trục trung hoà :

Id 0 : = 0.0515 m4

Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến đáy dầm:

yy, := 0.45009 m

Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến thớ trên dầm:

yt0 := H' - Yb0 y.0 = °-35m

1.3.1.2 X ét mặt cắt bất lợi về lực cất cách gối dv: Xj

Mặt cắt Super-T đặc:

- Diện tích mặt cắt:

Aị := 1.65419m2

- Mômen tĩnh đối với đáy dầm:

Sb, := 0.4564 lm 3

- Mômen tĩnh đối với thớ trên dầm:

s tl := 0.59452m3

- Mômen quán tính đối với trục trung hoà;

Idl := 0.45184m4

- Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến đáy dầm:

ybl := 0.98999m

- X h o ả n g c á c h từ trọ n g tâ m tiế t d iệ n đ ế n th ớ trê n d ầ m :

1.3.1.3 M ặt cắt đặc trưng x 2, x3> x4

Mặt cắt Super-T rỗng:

- Diện tích mặt cắt:

A := 0.61598m2

- Mômen tĩnh đối với đáy dầm:

S^2 := 0.28407m3

- M ô m e n tĩn h đối với th ớ trê n d ầm :

st2 := 0.28314m3

- M ô m e n q u á n tín h đối với trụ c tru n g h o à :

Iđ2 := 0.24815m4

- Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến đáy dầm:

yh2 ^ 0.87356m

- Khoảng cách từ trọng tâm tiết diệiỉ đến thớ trên dầm:

Tổ hợp đặc trưng hình học tại các mặt cắt:

-+ Diện tích các mặt cắt:

3

,18.8;

+ Mômen tĩnh đối với đáy dầm;

+ Mômen tĩnh đối với thó ữên dầm:

+ Mômen quán tính đối với trục trung hoà:

+ Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến đáy dầm:

í 0 N 'ybo' "0.45 N

+ Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến thớ trên dầm:

m

m

1.3.2 Hệ sô làn

if B, > 7m

2 if 6m < B, <7m

1 if B, < 6m 1.2 if n u n = l

1 if n!an=2 0.85 if n lan = 3 0.65 if nlan > 3

n,a„ -=3

m lan := ° - 85

1.3.3 Phân bô hoạt tải theo làn đối vớỉ mômen

Cường đô chiu nén của bê tông làm dầm: f' =50MPa

1.5

kg

^ M P a

Cường độ chịu nén của bê tông làm bản mặt: f,! = 32 MPa

Môđun đàn hồi của bản mặt: E cban := 0.043

s l 5

m kg

'cban= 2.95 X 104 MPa

13.3.1 Hệ s ố phân b ố hoạt tải đối với mômen trong các dầm giữa

Với dầm Super-T, hệ sô' phân bố ngang được tính theo công thức sau:

- Với một làn thiết kế chịu tải:

êmgl

Hai hoặc nhiểu làn thiết kế chịu tải:

0.125

- Phương pháp đòn bẩy:

1800 L, 600 L 600 L,

"T i -1 1800

y i := - 7 T -1

y3 := 0 if s < 1800mm

S -1 800m m

y ; =0.605

y'2 = 0.474

yá =0.211 othenvise

y 4 := 0 if s < (1800mm + 2 • 600mm)

y; = 0

othenvise

Với xe tải thiết kế:

ỖHL1 : = m l a n - m a x

ỖH L1 =0.514 Vớị tải trọng làn:

Thiên về an toàn coi tải trọng làn theo phương ngang cầu là tải trọng tập trung

Phạm vi áp dụng:

Chọn giá trị cực đại làm phân bố hệ số mômen thiết kế của các dầm giữa:

Smg3 r'riax(ểmgl’ Smg2^ 8mg3 - 0.536

Kiểm tra hệ số phân bô' thoả mãn tiêu chuẩn 22TCN 272-05 đối với phạm vi áp dụng:

s <— (S > 1800mm) • (S < 3500mm)

H <— (H > 450mm) • (H < 1700mm)

Lị, <— (Ltt > 6000mm) • (Ltt < 43000mm)

N b < - N b > 3

Smg3 if s • H •Ltt.Nb

" Không nằm trong phạm vi áp dụng, dùng phương pháp đòn bẩy" othenvise

= "Không nằm trong phạm vi áp dụng, dùng phương pháp đòn bẩy"

:= maxííĩ_.- e,., if 2 _ = 2 ,

êrng •

ỗ m g H L ’

ỗrrmlarr

m a x ( g mg, g ^ L l ) êmg êmg3 ỖHL1 o t h e r w i s e

m a x ( g mg, §Lan|) lf êmg ~ êmg3

ỗLani o t h e r w i s e

1.3.3.2 Hệ số phân bô'hoạt tải đối với mômen của dầm biên

- Một làn thiết kế chịu tải: dùng phương pháp đòn bẩy

ểmgHL - 0.514

ểmglan

Hình 1.6: Sơ đồ tính theo phương pháp đòn bẩy cho dầm biên

Phương trình tung độ đường ảnh hưởng:

Một làn thiết kế hệ số làn = 1.2

yi := ydb(S + \ + 150mm - b 4)

Y 2 := y<ib(s + Sk + 1 5 0 m m - B4 - B3)

Y3 := ydb(S + Sk + 150mm - B4 - B3 - &>)

y4 := ydb(S + Sk + 150mm - B4 - B3 - B2 - 0.3m)

y5 := 0 if s < B3 + B2 + B4 - S k - 150mm + 2.1rr

y db(S + Sk + 1 5 0 m m -B 4 - B 3 - B2 -2 4 m ) Với xe tải thiết kế:

gHL2 : = 1 2 y ( y 4 + y 5) Với tải trọng người đi: không xét

" 1-2 1 ,

g p L 2 : = ^ Ỷ ( y i + y 2 ) 3

ydb(x) := §

Với tải trọng

làn:-y5 = 0.217 othenvise

gHL2 = 0.734

ỖPL2 “ 1-211

1.2 1

gun2 := T ^- ^ y 3 -(S + Sk + 1 5 0 m m -B 4 - B 3 - B 2) gLan2 = 0.591

ỏm L

Hai hoặc nhiều làn thiết k ế

Khoảng cách giữa tim bản bụng phía ngoài của dầm biên và mép trong bó vỉa hoặc lan can chắn xe:

de := Sk + 0.15m - B4 - B3 - B2

ê m b 2 ' ê m g 3

8700mm

de = 0.315 m

êmb2 = 0 5 3 9

Phạm vi áp dụng:

êmb ■ de <— (de > Omm) ■ (de < 1400mm)

s <- (S > 1800mm) • (S < 3500mm)

S m b 2 i f d e S

gmb = 0.539

êmbHL *

êmblan *

S m b P L *

maX(g mb’g HL2) if gmb=gmb2

Ỗ H L 2 othenvise

maX(ễmb>gLan2) if ỗmb = gmb2 ỖLan2 otherwise

maX(gmb>gpL2) if gmb=gmb2

SmbHL - 0-734

ỗmblan = 0.591

êmbPL - 0.5 3 9

1.3.4 Hệ sô phân bô hoạt tải theo làn đỏỉ với lực cắt

1.3.4.1 Hệ số phân bố hoạt tải đối với lực cắt trong các dầm dọc giữa

- Với một làn thiết kế chịu tải:

0.6

í —

^3050mmy

S v g ]

Với hai hoặc nhiều làn thiết kế chịu tải:

CT _ *:

6 vo 2 ‘

0.8

(tì)

Phạm vi úp dụm>:

Giá trị cực đại được chọn cho sự phân bố hệ số lực cắt thiết kế của các dầm giữa:

gv g 3 := max(gvgl, gvg2) gv g 3 = 0.744

Kiểm ưa hệ số phân bô' thoả mãn tiêu chuẩn 22TCN-272-05 đối vói phạm vi áp dụng

8vg • s <— (S > 1800mm) • (S < 3500mm)

H < - ( H > 450mm) • (H < 1700mm) (L„ > óOOOmm) • (Ln < 43000mm)

gvg3 if S H L„ N b

" Không nằm trong phạm vi áp dụng, dùng phương pháp đòn bẩy" othenvise

gvg = "Khổng nằm trong phạm vi áp dụng, hãy dùng phương pháp đòn bẩy"

S v g H L •“

SvgHL = 0 5 1 4

maX(gvg.gHLl) if Svg = Svg3

ỗ v g la n • max(gvg, gLanl) if gvg= gv g 3

1.3.4.2 Hệ s ố phân bô' hoạt tải đối với lực cắt của dầm dọc biên

- Một làn thiết kế chịu t ả i : Dùng phương pháp đòn bẩy.

Đã tính trong phần trên:

§ H L 2 = 0 - 7 3 4 g p L 2 = 0 ễ L a n 2 = 0 - 5 9 1

- Hai hoặc nhiều làn thiết kế chịu tải:

d

8vb2 ■ 8vg3 0.8

Phạm vi áp dụng:

Kiểm tra hộ số phân bố thoả mãn tiêu chuẩn 22TCN 272-05 đối với phạm vi áp dụng:

ểvb de <— (de > -300mm) • (de < 1700mm)

s <— s < 3500mm

Svb2 if de ’s

" Không nằm trong phạm vi áp dụng " othenvise

gvb = 0-672

Chọn giá trị cực đại làm hệ số phân bố lực cắt thiết kế của các dầm biên:

ểvbHL

ỗ v b l a n '

êvbPL

maX(gvb>gHL2) if gvb=Svb2

maX(gvb’gLan2) if gvb=gvb2

max(gvb>gpL2) if gvb=gvb2

gvblan=0 -672

ể v b P L 0 - 6 7 2

1.3.5 Hệ sô điều chỉnh tải trọng

Ta có

r)ị := 1.05 cầu thiết kế là quan trọng

Hệ SỐ đ iề u c h ỉn h c ủ a tả i trọng:

n := TÌD-TlR-Tli Ti:= TỊ if TỊ > 0.95

1.4 XÁC ĐỊNH NỘI LỤC TẠI CÁC MẶT CẮT ĐẶC TRUNG

1.4.1 Xác định tĩnh tải

1.4.1.1 Tĩnh tải dầm chủ

+ Xét đoạn dầm cắt khấc

Lấy diện tích tiết diện :

Tỷ trọng bê tông dầm chủ:

Trọng lượng đoạn dầm: • DCd0 := yc • A0 • Lck • 2

+ Xét đoạn dầm đặc:

Lấy diện tích tiết diện :

A0 = 0.879m2

Ỵc = 2 4 5 x l0 3 kg/m3 DCd0 = 3.445 X 103kg

A] = 1.654m2 DCdl = 9.727xl03kg

+ Xét đoạn dầm còn lại:

+ Tĩnh tải dầm chủ coi là tải trọng rải đều trên suốt chiều dài dầm:

DCdc = 1.695 x i o 3 kg/m

1.4.1.2 Tĩnh tải bản mặt cầu

+ Dầm giữa:

+ Dầm biên:

A-bmg ■- s.h

1 4.1.3 Tĩnh tải dầm ngang

(Sdn.tdn).Nn

bmb

DCdn := y,

N b.Ltt

1.4.1.4 Tĩnh tải ván khuôn lắp ghép

DCvk := yc.b7.5cm

1.4.1.5 Tĩnh tải vách ngăn

DCvn := 0.38 kg/m

1.4.1.6 Lan can có tay yịn

DCbmg = 893.76 kg/m

DCbmb = 903.56 kg/m

DCdn = 84.707 kg/m

DCvk = 109.025 kg/m

Phần bê tông có trọng lượng: DCbt := B4 hB4 Ỵc (Tính gần đúng)

1.4.1.7 Trọng lượng lớp phủ mặt cầu và tiện ích công cộng

Các tiện ích:

DC, D W

Ị ị ị Ị Ị Ị

Vib y2b

Dầm biên:

Hình 1.9: Phân bố tĩnh tải

/

s +

y Ìb:=

s k + 0 1 5 m - —

y2b

S + Sk +0.15m

DC|cb D^lc ■ ylb

DW,

DC| b = 562.635 kg/m

- Dầm dọc giữa:

Sk + 0 1 5 m - B 4 - B 2 + ^ DC]cg := 0 kg/m

DWg := DW

1.4.1.8 Tổng cộng fính tải tác dụng lên các dăm dọc chủ

1.4.1.8.1 Dầm giữa

+ Giai đoạn chưa liên hợp bản mặt cầu:

DCdc= 1.695x1 o3 kg/m + Giai đoạn khai thác: đã đổ bản mặt cầu:

DCg := DCdc + DCbmg + DCdn + DC|Cg + DCvk + DCvn

DWg = 430.92 kg/m

1.4.1.8.2 Dầm biên

+ Giai đoạn chưa liên hợp bản mặt cầu:

DCdc = 1.695 X 103 kg/m + Giai đoạn k h a i thác: đã đổ bản mặt cầu:

DCb = 3.723 X 103 kg/m DWb = 274.995 kg/m

1.4.2 Hoạt tải HL93

1.4.2.1 Xe tải thiết k ế

-ĩ

ỵ 4,3m -ỉ- 9,Om , 4,3m

145 krs(14.78T) 145 kN 14.78T) 35 kN (3,68T)

n m o

7'

Hình 1.10: Cấu tạo Xe tải thiết k ế

1.4.2.2 Xe hai truc thiết k ế

1.2m (11.21T) 110 kN 110 kN (11.21T)

Hình 1.11: Cấu tạo Xe hai trục thiết k ế

1.4.2.3 Tải trọng làn

9.3 kN/rn

3.0m

Hình 1.12: Tdi trọng làn thiết kế

1.4.3 Đường ảnh hưởng mômen và lực cắt tại các mặt cắt đặc trưng

1.4.3.1 Xác định các mặt cắt đặc trưng

+ Mặt cắt cách g ố i 0.72h: Xj = 1.59m (kiểm tra lực cắt)

+ Mặt cắt không bám dính 1: x2 = 3m

Lập véc tơ toạ độ các mặt cắt đặc trưng:

XHK = m

' 0 ' 1.59

3

6

18.8 ,

1.4.3.2 Xác định đường ảnh hưởng nội lực tại các mặt cắt

l 4 3 2 1 Phương trình đường ảnh hưởng

Phương trình đường ảnh hưởng mômen tại mặt cắt xk như sau:

+ Trên đoạn X = x k -» Ltt ■ f2(x ,x k) : = A ( x - L n)

Dưới dạng phương trình có thể v iế t:

yM(x, xk):= f |(x ,x k) if 0 < x < x k

f 2( x , xk) i f xk < X < Ltt

Phương trình đưòmg ảnh hưởng lực cắt:

ụ * ’ x k ) := —

Ì - J t t

Dưới dạng phương trình có thể viết:

f4(x, xk) := 1

-yv(x, xk) :=

1

f3(x, xk) if 0 < X < xk f4(x, xk) if xk < X < Ltt

®Mk - ■ 2 ^ t t ■ y M (xk ’ xk )

Diện tích phần đảh dương:

®vkd = ~ ( L , - x k ) - y v ( x k, x k)

Diện tích phần đảh âm:

® V k a = | x k -f3- ( x k>x k)

Đường ảnh hưởng mômen m/c

fa(x,x.

f3(x.xk, Đường ảnh hưởng mômen lực cắt m/c xk

Hình 1.13

*k := x° 1|

yM (x’

®M0 = 0 m 2

0I - -L

X

Hình 1.14: Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt gối

1.4.3.22 Tại mặt cắt đặc trưng thứ0 (mặt cắt gối)

Hình 1.15: Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt gối

® voo : =2' ( L " - x k ) - y v ( x k>x k ) coVOd = 1 8 8 m

® V O a := ^ x k - f 3 ( x k ’ x k ) CửV O a = 0

1.4.3.23 Tại mặt cắt đặc trưng thứ 1 (cách gối dv)

Hình 1.16: Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt 1

yv(x,xk) 0

yM(x,xk) -2

X

Hình 1.19: Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt 2

Hình 1.17: Đường ánh hưởng lực cắt mặt cắt 1

i

® v i d := ~ ( L „ - x k) - y v ( xk, x k)

« V ! a := ~ X k - f 3 ( X k - X k )

covld = 17.244m

®via = -0.034m

(0V| = 17.21m

® V 1 : - < a v i d + < B v i a

1.4.3.2.4 Tại mặt cắt đặc trưng thứ2 (mặt cất không dính bám 1)

1

« M 2 := - ~ L n - y M ( x k ’ X k )

X l = 3m CỪM2 =51.9m

-4

X

Hình 1.18: Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt 2

yv(x' xk> 0

-1

®Y2d := ^ - ( L tt- x k) - y v (xk,x k) (0v2d = 15.92m

coV2a =-0.12m

1.43.2.5 Tại mặt cắt đặc trưng th ứ 3 (mặt cắt không dính bám 2)

X

Hình 120: Đường ảnh hưởng mômen mặt cắt 3

Hình 1.21: Đường ảnh hưởng lực cắt mặt cắt 3

®v3d := 2 '( L » - x k>-yv(xk,x k)

®V3a := “ Xk ' f 3 ( X k , X k )

ú)v3 := cov3d +cov3a

(0v3d = 13.279m

®Y3a = -0-479m Cừv3 = 12.8m