Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết Kế Cầu Vòm Ống Thép Nhồi Bê Tông (Kèm File Autocad, Midas)

Loại 2 : ống thép nhồi bêtông được sử dụng nhiều trong các trụ cầu mà ở đó phảichịu tải trọng va xe, các vành cầu vòm, cột nhà cao tầng ... Trạng thái ứng suất của cấu kiện ống thép tròn

Trang 1

SỐ LIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Đề tài : THIẾT KẾ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG

2 Qui mô thiết kế : Vĩnh cửu

Tổng chiều dài cầu : 229 m

Khổ thông thuyền

Chiều cao thông thuyền : 6 mBề rộng thông thuyền : 50 m

3 Giải pháp kết cấu nhịp :

Nhịp dẫn : dầm I33m căng trước

Nhịp chính : vòm ống thép nhồi bêtông có chiều dài 97.6m

Sơ đồ kết cấu nhịp : 2x33 + 97.6 + 2x33 (m)

4 Điều kiện địa chất :

Lớp 1 : Bùn sét hữu cơ màu xám xanh , đôi chỗ lẫn cát và hữu cơ :

Chiều dày lớp : h1 = 12.8 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

 Trọng lượng thể tích : w = 1.48 T/m3

 Lực dính : c = 0.082 (KG/cm2)

 Góc ma sát trong :  = 6004’

Trang 2

Lớp 2 : Cát hạt mịn đến trung ,đôi chỗ lẩn sỏi sạn ,màu xám xanh xám trắng ,kết

cấu chặt vừa, trạng thái dẻo cứng :

Chiều dày lớp : h2 = 4 m

 Lực dính : c = 0.14 (KG/cm2)

 Góc ma sát trong :  = 10 049’

Lớp 3 : Sét cát màu xám vàng ,màu xanh ,trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng mặt

lẩn nhiều đá dăm sạn :

 Lực dính : c = 0.313 (KG/cm2) ,

 Góc ma sát trong :  = 21028’

Lớp 4 : Sét màu nâu vàng ,đầu tầng đôi chỗ lẫn nhiều sỏi sạn ,trạng thái cứng :

 Trọng lượng thễ tích : w = 1.74 T/m3

 Lực dính : c = 0.125 (KG/cm2)

 Góc ma sát trong :  = 70.10’

 Lực dính : c = 0 (KG/cm2)

Trang 3

Chiều dày lớp : h6

 Lực dính : c = 0.355 (KG/cm2)

Trang 4

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

1 TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊTÔNG

Hiện nay, việc xây dựng cầu qua các sông rộng và sâu, có nhu cầu lưuthông đường thuỷ lớn và điều kiện địa chất phức tạp đang đòi hỏi phải sử dụng cácloại nhịp khẩu độ lớn hàng trăm mét Với khẩu độ nhịp lớn như vậy, một số cấukiện chịu lực nén chính như vòm chính của cầu vòm, thanh mạ cong trong cầugiàn, hệ móng cọc của kết cấu trụ, thân trục cần có khả năng chịu lực cao và độcứng lớn Trong trường hợp này kích thước mặt cắt ngang của các cấu kiện sẽ rấtlớn, dẫn đến tăng chi phí xây dựng cũng như tăng độ phức tạp trong quá trình vậnchuyển, thi công Vì vậy kết cấu ống thép nhồi bêtông đã được nghiên cứu pháttriển để khắc phục các nhược điểm trên Kết cấu ống thép nhồi bêtông đã đáp ứngđược yêu cấu về chịu lực cao, độ cứng lớn, và giảm được trọng lượng bản thân cấukiện

Cầu vòm ống thép nhồi bêtông đã được xây dựng tại Liên Xô từ nhữngnăm 1930 với 2 cầu khẩu độ 140m qua sông Ixet và 101m qua sông Neva [13].Trong thời gian từ năm 1990 đến nay, cầu vòm ống thép nhồi bêtông đã được pháttriển mạnh mẽ ở Trung Quốc, với nhiều loại hình kết cấu nhịp vòm chạy trên,chạy dưới, chạy giữa, kết cấu có hoặc không có thanh căng Với các tiết diện tổhợp từ 3 ống thép trở lên, cầu vòm ống thép nhồi bêtông có thể vượt nhịp lên tới360m Hiện nay, các nước khác trên thế giới còn sử dụng kết cấu ống thép nhồibêtông trong lĩnh vực xây dựng Nga, Pháp, Mỹ, Cannada, và nhiều nước kháccũng đã quan tâm đến kết cấu này

Tại Việt Nam cũng đã xây dựng xong 3 cầu vòm ống thép nhồi trên đườngNguyễn Văn Linh – thành phố Hồ Chí Minh do tư vấn nước ngoài thiết kế Ơû phíaBắc cũng có một số cầu đang được thiế kế như cầu Hàn, cầu Đông Trù … do cácchuyên gia và kỹ sư của Tổng công ty Tư Vấn Thiết Kế Giao Thông Vận Tải chủtrì

Trang 5

1.1 Các loại kết cấu ống thép nhồi bêtông

Cột thép bêtông liên hợp được định nghĩa như là kết cấu chịu nén hoặc cóthể thép được bọc trong bêtông hoặc bêtông nhồi trong ống thép Tùy thuộc cácchủng loại và hình dạng có thể chia ra làm 3 loại cột liên hợp thường dùng trongxây dựng như sau [13] :

- Loại 1 : thép kết cấu (cốt cứng ) được bọc bằng bêtông (hình a, b,c)

- Loại 2 : bêtông nhồi trong hộp, ống thép (hình f, g, i)

- Loại 3 : hỗn hợp 2 loại trên (hình d, h)

Hình 1.1 Các dạng kết cấu ống thép nhồi bêtông

Loại 1 : đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về phòng cháy, đơn giản khi cầntăng cường độ bằng cách thêm cốt thép ở lớp bêtông ngoài Tuy nhiên việc kiểmtra và xử lý kết cấu thép bên trong không thể thực hiện Chủng loại kết cấu nàyphù hợp cho các công trình chịu động đất lớn với các tải trọng ngang lặp

Loại 2 : ống thép nhồi bêtông được sử dụng nhiều trong các trụ cầu mà ở đó phảichịu tải trọng va xe, các vành cầu vòm, cột nhà cao tầng không nhất thiết có cốtthép bên trong

Loại 3 : có tính năng chống cháy cao và có được các ưu điểm của hai chủng loạikết cấu trên

Trang 6

1.2 Đặc điểm làm việc của kết cấu ống thép tròn nhồi bêtông chịu nén

Hình 1.2 Trạng thái ứng suất của cấu kiện ống thép tròn nhồi bêtông chịu nén

Trong các bộ phận của kết cấu ống thép nhồi bêtông khi chịu lực dọc trục có cácthành phần ứng suất như sau [13] :

- Trong bêtông :ứng suất nén dọc trục cBc và áp lực ngang r

- Trong ống thép :ứng suất dọc trục zs và ứng suất tiếp s

Nguyên nhân gây xuất hiện áp lực ngang r lên bêtông và ứng suất tiếp s trongống thép là do hệ số nở ngang của hai loại vật liệu này khác nhau, trong đó hệ sốnở ngang của bêtông luôn lớn hơn của thép ở mọi giai đoạn làm việc Aùp lựcngang r lên bêtông không cho phép bêtông tự do phát triển biến dạng theophương ngang và tạo ra trạng thái ứng suất ba chiều trong bêtông Ơû trạng tháichịu lực 3 chiều, khả năng chịu lực dọc trục của bêtông tăng lên đáng kể Đâychính là đặc điểm chịu lực quan trọng nhất của kết cấu ống thép nhồi bêtông

1.3 Ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bêtông

Kết cấu ống thép nhồi bê tông có một số điểm lợi thế vượt trội so với kếtcấu thép hoặc bê tông cốt thép và kết cấu bê tông cốt cứng Sự làm việc đồng thờivà ứng suất phân bố theo các hướng trong mặt cắt đạt tới mức tối ưu Vỏ thép bên

Trang 7

ngoài chịu kéo và chịu uốn tốt, đồng thời độ cứng của kết cấu ống thép nhồi bêtông cũng tăng do mô đun đàn hồi của vỏ thép lớn hơn bê tông nhiều, cường độchịu nén của bê tông cũng tăng đáng kể do có hiệu ứng bó chống nở hông của ốngthép, bê tông bên trong làm giảm khả năng mất ổn định cục bộ vỏ thép Hiệu ứngbó bê tông của tiết diện hình tròn lớn hơn rất nhiều so với vỏ thép dạng hộp chữnhật chính vì vậy hình dạng tròn thông thường hay được áp dụng nhiều hơn.

Ống thép nhồi bê tông được tính toán và thiết kế như là một kết cấu liên hợp gồmống thép và lõi bê tông cùng làm việc Khi chịu cùng ứng suất như nhau thì vậtliệu bê tông nhồi trong ống thép có những ưu điểm chính như sau [13] :

- Có cường độ chịu lực cao với kích thước nhỏ và kinh tế

- Đơn giản trong liên kết với các kết cấu khác

- Khả năng chịu biến dạng dẻo và đảm bảo đặc tính dẻo của kết cấu

- Giảm mất ổn định cục bộ thường xẩy ra ở các kết cấu thép

- Thuận lợi trong thi công chế tạo và lắp đặt

- Kết cấu thép có thể đựợc nghiên cứu tăng vào các vị trí cần thiết

- Bê tông trong ống chịu nén cao hơn do có ống thép bên ngoài

- Thường thiết kế chống cháy cho bê tông không cần đề cập tới do nằmtrong thép

- Không cần ván khuôn, đà giáo trong thi công

- Thông thường kết cấu thép nhồi bê tông có độ giảm chấn cao hơn so vớikêt cấu thép do đó tốt hơn trong các công trình ở vùng động đất

Với những ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bêtông, việc áp dụng kết cấu nàycho cầu vòm khẩu độ lớn sẽ đáp ứng được các vấn đề sau [5] :

- Phù hợp với đặc điểm chị nén của kết cấu vòm

- Phù hợp với yêu cầu về dộ cứng cao của kết cấu

- Việc sử dụng chính vỏ thép làm ván khuôn kết cấu trong thi công kết cấunhịp kết hợp với biện pháp lắp ráp dần từng đốt vỏ thép làm cho biện phápthi công trở thành một trong những yếu tố quyết định khả năng vượt nhịp củakết cấu vòm

- Kiểu dáng của loại cầu này rất thanh mảnh, nhẹ nhàng so với các loại cầuvòm (thép, bê tông cốt thép, …) có khả năng vượt nhịp tương đương khác Nó

Trang 8

góp phần làm đa dạng hoá các loại hình kết cấu cầu khẩu độ nhịp lớn vànâng cao hiệu quả kiến trúc công trình.

- Kết cấu cầu vòm có thanh kéo không truyền lực đẩy ngang vào mố nên việcthiết kế mố trụ không phức tạp Toàn bộ lực đẩy ngang sinh ra trong sườnvòm được cân bằng nhờ thanh cáp kéo đặt tự do trên mặt phẳng dầm dọc vàdầm ngang

2 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH

Kết cấu thượng bộ gồm 2 sườn vòm với tiết diện hình tròn và thanh giằngtại chân vòm Cáp thanh giằng gồm 8 bó, mỗi bó gồm 22 tao Þ 15.24mm, hai đầuđược neo chặt trên chân vòm Cáp thanh treo gồm 55 Þ 7 mm hợp thành Dầmngang là loại dầm đúc sẵn bằng BTCT DƯL căng sau Dầm dọc là loại dầm BTCTthường đúc sẵn có tiết diện hình hộp rỗng, dầm bản mặt cầu sử dụng loại dầm bản

T được đúc sẵn bằng BTCT Chân vòm cấu tạo bởi các bản thép hàn liên kết nhauđồng thời cho đổ bêtông vào các khoang trống bên trong Hệ dầm ngang gồmnhững dầm ngang giữa và 2 dầm ngang ngoài cùng Dầm ngang giữa sử dụng loạidầm có phần bụng đặc hình chữ nhật, hai bên hông có phần colson rộng 300mm đểđỡ dầm dọc biên và dầm T bản mặt cầu Dầm ngang ngoài (dầm ngang tại chânvòm) có tiết diện hình chữ nhật Phần trên sườn vòm có những thanh giằng ngangchịu tải trọng gió khoảng cách 10.4m Các khoang cáp treo cách nhau 5.2m, riêng

2 khoang ngoài cùng cách 7.2m

2.1 Hệ thống quy trình và các tải trọng áp dụng

Quy trình – quy phạm thiết kế.

Hiện nay chưa có quy trình thiết kế riêng cho cầu vòm thép nhồi bêtông, vì vậytrong phạm vi đồ án này, em đã tham khảo các tiêu chuẩn khác như ASSHTOLRFD, tiêu chuẩn châu Aâu Eurocode 4 1994 (EC4), và tiêu chuẩn CECS 28 -90(Trung Quốc)

Về cơ bản, các bộ phận của kết cấu vẫn tính toán theo quy trình thiết kế cầu 22TCN 272 – 05 đã ban hành

Tải trọng

- Hoạt tải thiết kế : HL93

- Hệ số xung kích :  = 1.25

Trang 9

2.2 Cấu tạo chi tiết

2.2.1 Sơ đồ kết cấu

Sơ đồ bố trí nhịp

Cầu vòm trong đồ án được thiết kế theo phương án cầu vòm xe chạy dưới

Thanh giằng chân vòm có các phương án bố trí thanh giằng : cáp dự ứng lực giằngchân vòm hoặc thép hộp, do cáp dự ứng lực có lợi thế trong thi công, điều chỉnhnội lực, kết hợp với công nghệ chống gỉ hiện nay nên phương án cáp dự ứng lựcgiằng chân vòm được chọn lựa

Sơ đồ kết cấu nhịp : 2x33 + 97.6 + 2x33 m

Phương trình đường tim vòm

Việc lựa chọn đường tim vòm có ý nghĩa rất lớn trong khai thác, thông thường cầuvòm thép nhồi bêtông hoặc các công trình cầu vòm khác thường chọn đường congtim vòm là đường cong parabol bậc 2 hoặc bậc 4 và đường cong dạng dây xích.Các đường cong này có đường cong áp lực khá trùng với đường cong tim vòm Cầuvòm trong đồ án sử dụng đường cong parabol bậc 2 có phương trình như sau :

f : đường tên vòm

L : chiều dài nhịp, tỉ lệ f/L = 1/5

2.2.2 Các cấu tạo chủ yếu

Mặt cắt ngang vành vòm

Có nhiều chủng loại mặt cắt vành vòm như hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn …mỗi vành vòm có thể tổ hợp từ 2, 3, hay nhiều hơn các ống thép nhồi bêtông Dokhẩu độ cầu trong đồ án không quá lớn (97.6 m), để đơn giản trong quá trình thicông và chế tạo, mặt cắt ngang vành vòm được lựa chọn có hình dạng số 8, gồmhai ống thép có đường kính D = 1m liên kết với nhau qua bản thép

Chiều cao vành vòm H = 2.4m, vậy mặt cắt có tỷ lệ H/L = 2.4/ 97.6 = 3 / 122

Trang 10

Chiều dày ống thép

Thép kết cấu dùng cho vành vòm phù hợp với tiêu chuẩn ASSHTO M270M Grade345W hoặc ASTM A709M Grade 345W có giới hạn chảy tối thiểu fy = 345 MPa.Theo một số tài liệu Trung Quốc thì có thể lấy chiều dày vành vòm t = 8  16 mm.chọn chiều dày vành vòm t = 12 mm

Sơ đồ cáp treo

Dầm dọc bản mặt cầu và hệ thống dầm ngang liên kết với vòm chủ yếu qua hệthống cáp treo, bởi vậy cáp treo phải được bố trí nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầutrong thi công và khai thác Bước cáp treo được lựa chọn căn cứ vào kích thướcdầm vành vòm để bố trí đầu neo, khả năng cẩu lắp dầm ngang và bản mặt cầu Bước cáp treo không nên lựa chọn quá dài do sẽ làm tăng nội lực trong cáp, nhưngcũng không thể quá ngắn vì sẽ làm tăng số lượng cáp treo Bước cáp treo được lựachọn là 5.2m

Kết cấu giằng ngang

Vòm ống thép nhồi bêtông có khả năng chịu nén cao, do đó tính toán ổn định trongvà ngoài mặt phẳng vòm rất cần thiết Mặt cắt ngang vành vòm có hình số 8, độcứng trong mặt phẳng vòm lớn hơn nhiều so với độ cứng ngoài mặt phẳng vòm Đểtăng cường độ cứng này có thể dùng các thanh giằng ngang nhằm làm giảm chiềudài tự do của vành vòm Cấu tạo của giằng ngang là ống thép tròn nhồi bêtông

2.2.3 Mặt cắt ngang các cấu kiện

Trang 11

Hình 1.3 Mặt cắt vành vòm

Thanh giằng chống gió ï

- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 1011 Pa

- Diện tích mặt cắt A = 0.2117 x10-2 m2

- Độ cứng EA = 2.1 x 1011 x 0.2117 x 10-2 = 4.4457 x108 KN

Thanh giằng 22 - 75

- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 1011 Pa

- Diện tích mặt cắt A = 2.419 x10-2 m2

Trang 12

Diện tích mặt cắt A = 1.844m2Mômen quán tính Ix = 0.2632m4

Iy = 0.1553 m4

Hình 1.6 Mặt cắt dầm ngang đầu vòm

Dầm dọc

Diện tích mặt cắt A = 0.805m2Mômen quán tính Ix = 0.099m4

Iy=0.1022m4

Hình 1.7 Mặt cắt dầm dọc

Dầm T bản mặt cầu

Diện tích mặt cắt A = 0.1515m2Mômen quán tính Ix = 1.50x10-3m4

Iy = 2.16x10-3m4

Hình 1.8 Mặt cắt ngang dầm T bản mặt cầu giữa nhịp

Trang 13

Iy = 2.83x10-3 m4

Hình 1.9 Mặt cắt ngang dầm T bản mặt cầu đầu nhịp

Iy = 1.56x10-3m4

Hình 1.10 Mặt cắt ngang dầm bản mặt cầu biên

DẦM NGANG DẦM DỌC T 330mm BẢN MẶT CẦU BTCT 100mm BÊTÔNG ASPHALT 50mm

DẦM DỌC LAN CAN

Hình 1.11 Mặt cắt ngang cầu

2.2.4 Các đặc trưng về vật liệu

Thép kết cấu

Thép kết cấu phù hợp với tiêu chuẩn ASTM A709M Grade 345W, hoặc tươngđương có các đặc trưng như sau :

- Hệ số giãn nở nhiệt 11.7x10-6 mm / mm / oC

- Giới hạn chảy fy = 345 MPa

Trang 14

Bêtông

Cường độ chịu nén trụ tròn 28 ngày tuổi đối với :

- Bêtông nhồi vành vòm f’c = 50 MPa

- Bêtông dầm ngagn dầm dọc f’c = 40 MPa

- Bêtông bản mặt cầu f’c = 30 MPa

Cáp treo và cáp giằng chân vòm

Cáp treo phù hợp tiêu chuẩn ASTM A421 / ASTM A421M, có các đặc trưng sau:

- Môđun đàn hồi E = 200 000 MPa  5%

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng thấp)

Cáp giằng chân vòm phù hợp tiêu chuẩn ASTM A822 / ASTM A822M, có các đặctrưng sau:

- Môđun đàn hồi E = 197 000 MPa  5%

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng thấp)

2.2.5 Hệ thống chống gỉ

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gío mùa, môi trường khắc nghiệt, nóng vàẩm, bởi vậy hệ thống chống gỉ cho kết cấu cần phải quan tâm hàng đầu

Chống gỉ cho thép kết cấu

Kết cấu chịu lực chính của cầu là kết cấu thep, cáp cường độ cao Biện pháp chống

gỉ cho thép kết cấu được đề xuất như sau [13] :

Các bề mặt của thép vành vòm sau khi xử lý được bảo vệ bằng hệ thống sơn 3 lớpcó tổng chiều dày 200 m

- Lớp sơn trong dùng loại sơn Epoxy tổng hợp giàu kẽm (Epoxy Organic ZincRich – EZP) dày 100 m

- Lớp sơn giữa dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50 m

- Lớp sơn trang trí dùng loại sơn Acrylic Waterborne dày 50 m

Yêu cầu về sơn lớp ngoài cùng có tuổi thọ tối thiểu 25 đến 30 năm và sau đó phảisơn lại với chu kỳ 8 năm một lần

Trang 15

Chống gỉ cho cáp treo và cáp giằng

Hệ thống chống gỉ cho các bó cáp treo được thực hiện tại công xưởng khi chế tạocáp và neo bao gồm mạ kẽm các sợi thép cường độ cao 7 mm sau đó các sợi cápnày được quấn chặt và tạo thành bó cáp được bọc trong hai lớp nhựa HDPE bảovệ, ngoài ra từ mặt cầu lên cao 2.5m được bảo vệ các tác động cơ học khác có thểlàm hỏng bó cáp treo [13]

Hệ thống bảo vệ chống gỉ cáp giằng chân vòm : các tao cáp gồm 7 sợi đường kínhdanh định 15.2 nn được duỗi ra và phun bọc một lớp keo Epoxy sau đó đựơc bọcmột lớp nhựa HDPE chế tạo theo phương pháp ép đùn Các tao cáp này sẽ tạothành các bó cáp và tất cả được đặt trong ống HDPE bảo vệ Về nguyên tắc có cấutạo như cáp dự ứng lực ngoài [13]

Trang 16

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN LAN CAN

1 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán lan can

Các thông số thiết kế của lan can như sau :

- Chiều cao tường bêtông HW = 800 mm

- Chiều cao thanh lan can HR = 1035 mm

- Thanh lan can bằng thép M270 cấp 250 (88.8mm x 4mm) có :

fu = 400 Mpa

fy = 250 Mpa

- Cột lan can làm bằng thép hình được gắn vào tường BT bởi bu lông Khoảngcách giữa các cột : 2m

- Gờ chắn bánh bằng BTCT

Bêtông cấp C30 : fc = 30 MPa Cốt thép RB300: fy = 300 Mpa

Trang 17

2 ĐIỀU KIỆN KIỂM TOÁN

Lan can phải được thiết kế để :

R i – sức kháng của thanh lan can (N);

Y i – khoảng cách từ mặt cầu tới thanh lan can thứ i (mm);

H c – chiều cao từ mặt cầu đến điểm đặt của lực tác dụng ngang F t (mm);

Y – chiều cao từ mặt cầu đến tổng hợp các sức kháng ngang của các thanh lan can (mm)

3 XÁC ĐỊNH CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

3.1 Xác định lực va ngang của xe F t

Cầu được thiết kế cho đường có tốc độ cao với hỗn hợp xe tải và xe nặng, tươngứng với mức thiết kế lan can thuộc mức L3 Theo bảng 13.7.3.3 - 1 - 22TCN – 275– 05, ta có :

(min)

240810

3.2 Xác định tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can

(Sức kháng của hệ lan can là tổ hợp sức kháng của gờ bêtông và cột, thanh lan can)

3.3 Sức kháng của gờ bêtông

Kí hiệu :

R w – tổng sức kháng của lan can (N);

L c – chiều dài xuất hiện cơ cấu chảy (mm);

L t – chiều dài phân bố của lực va theo hướng dọc F t (mm);

Trang 18

M w – sức kháng uốn của tường theo phương đứng (N-mm/mm);

M c – sức kháng uốn của tường theo phương ngang (N-mm/mm);

M b – sức kháng uốn phụ của dầm, thêm vào M w , nếu có tại đỉnh tường (N-mm/ mm);

H w – chiều cao tường bêtông;

Cốt thép gờ bêtông được bố trí như sau :

Trong đó :

Lớp bêtông bảo vệ tối thiểu là

22 mm ; Đường kính thanh cốt thép dọc là 12 mm ;

Đường kính thanh cốt thép đai là 12 mm ;

Bước thanh cốt đai là 200 mm ;

Hình 2.2 Bố trí cốt thép gờ bêtông

Tính M w

Tính sức kháng cho từng phần bêtông

Phần bêtông có tiết diện bxh = 370x250 mm

Cốt thép vùng kéo có :

3 thanh 12 => As= A’s=339 mm2

b = 370 mm ; h = 250 mm ;d’s = 22 + 6 + 12 = 40 mm ;

ds =250 – 40 = 210 mm ;

Chiều cao vùng nén :

s y c

Trang 19

10.68

12.780.836

a c

s

c

 nằm trong vùng phá hoại dẻo

Khả năng chịu lực của tiết diện :

As

Chiều caocó hiệu (ds)

Khả năng chịu lực của cốt thép đứng (M c ) :

Xét hình chữ nhật có bề dày trung bình là :

250 500

375mm2

b f

f A a

c

y s

' 85 0



Trang 20

Hình 2.3 Sơ đồ tính toán M c

Diện tích cốt thép dọc trong phạm vi 1 đơn vị chiều dài :

a c

s

c

d    => nằm trong vùng phá hoại dẻo

Khả năng chịu lực của tiết diện :

Tính chiều dài đường chảy L c

Trường hợp va xe vào giữa tường bêtông

Trang 21

Sức kháng của tường

3.3.1 Tính sức kháng của cột lan can

- Đường kính ngoài cua tay vịn : D = 88.9 mm

- Đường kính trong của tay vịn: d = 82.5 mm

Hình 2.4 Oáng thép thanh lan can

Ta có moment chống uốn của thép

d

D mm

Trang 22

1 250 181504537500

4537.5

Nmm KNmm





3.3.2 Tính sức kháng của cột lan can.

Cột lan can làm bằng thép, tiết diện chữ I, kích thước như hình vẽ dưới

Hình 2.5 Kích thước cột lan can tại đỉnh tường

Mômen kháng uốn:

n P

3.3.3 Trường hợp va chạm tại giữa nhịp thanh lan can.

Sức kháng của hệ thanh và cột lan can:

t

p p

L P ) 1 N )(

1 N ( M

16 R

Trang 23

L : chiều dài một nhịp lan can L = 2000 mm

L t : chiều dài phân bố lực va xe F t L t = 1070 mm

n : số nhịp tham gia làm việc n = 1

Vậy lan can đủ khả năng chịu lực.

3.3.4 Trường hợp va chạm tại cột lan can.

Sức kháng của hệ thanh và cột lan can : (Ở đây số nhịp tham gia vào đường chảylà chẵn và bằng n = 2 )

Trang 24

R

H N

Vậy lan can đủ khả năng chịu lực.

3.4 Tính toán chống trượt cho lan can

Ta có trọng lượng bản thân lan can γc = 0.245x10-4 N/mm 3

Diện tích mặt cắt ngang của phần bêtông

2

(430 170)

2312500

Trang 25

Tiết diện cột thép Xét cho 1 cột

V = (2.B.δ + s.(b'-2δ))x(HR -Hw) = ( 2x130x10+10x(200-2x10))x(1035-800)

= 1034000mm3

Trọng lượng một cột thép

s = 0.785x10-4 N/mm3

P = s x V = 0.785x10-4 x 1034000 = 81.2NMỗi cột liên kết với tường bêtông bằng 4 bulông có l = 250mm,d = 18mm

Pbl = 20 NTĩnh tải 1 cột thép

Pcot = P + Pb1 = 81.2 + 20 = 101.2 N Số nhịp lan can

Số cột lan can ncot = 49

Tĩnh tải tác dụng phân bố trên chiều dài dầm

cot cot cot

49 101.2976000.05 /

Khi xe va vào lan can, Lực va xe truyền xuống chân lan can

368000

80.88N/mm

w CT

Trang 26

Sức kháng danh định của mặt tiếp xúc

A cv : diện tích tiếp xúc chịu cắt A cv = Bx1 = 500x1=500 mm 2

A vf : diện tích cốt thép neo chịu cắt A vf = 1.21 mm 2

P c tĩnh tải lan can P c = 7.794 N

c: hệ số dính kết 5.8.4.2 (TCN 272-05 ) c = 0.52 (f c ’ = 30 Mpa)

µ : hệ số ma sát µ = 0.6

Vậy sức kháng danh định của tiết diện

Vn = 0.52 x 500 + 0.6x(1.21 x 280+7.794) = 468 N/mm

Điều kiện kiểm tra

Vn  0.2.f'c Acv = 0.2 x30x 500

Vn  5.5 Acv = 5.5x500 = 2750 N/mm

Vậy lan can đảm bảo chống trượt

4 KIỂM TOÁN THANH LAN CAN

4.1 Tính nội lực trong thanh lan can

Hoạt tải :

- Tải phân bố theo hai phương ngang và dọc có giá trị : w=0.37N/mm

- Tải tập trung theo phương bất kỳ P=890N Để nguy hiểm nhất ta đặt P theophương của hợp lực Mx và My

Trang 27

Thanh lan can làm việc dưới dạng dầm liên tục gác lên các trụ lan can, để đơngiản ta đưa về sơ đồ dầm giản đơn sau đó ta nhân với hệ số hiệu chỉnh để đưa vềdầm liên tục :

Hình 2.6 Sơ đồ tính thanh lan can

Momen tại mặt cắt giữa nhịp :

8376250(N.mm)

Đưa về sơ đồ dầm liên tục :

- Momen dương giữa nhịp : M0.5 = 0.5.Mu =0.51275115 = 637558 Nmm

- Momen âm tại gối : Mg = 0,7.Mu = 892580 Nmm

Trang 28

4.2 Tính sức kháng uốn của thanh lan can

4.4 Cột lan can

4.4.1 Tính nội lực trong cột lan can :

Cột lan can làm việc dưới dạng cột chịu nén lệch tâm, chịu các tải trọng sau :

Trang 29

W, P

W,Plc c

P

Hình 2.7 Sơ đồ tính cột lan can

Xét độ mảnh của cột :

Liên kết đầu ngàm đầu tự do => K = 2.1

Chiều cao cột : lu = 300 mm

Bán kính quán tính của tiết diện :

Trang 30

Ứng suất trên mặt cắt tại ngàm :

100 2.55 32688300

/

n N

4.4.2 Tính khả năng chịu lực của cột lan can :

Cột lan can làm bằng thép M270 cấp 250, dày 4 mm

Gọi C clà giá trị độ mảnh 1/r tương ứng với ứng suất tới hạn đàn hồi cực đại Fcr0,5Fy

140250

c

y

E C

y c

a

K L r

F C

Vậy cột lan can vẫn làm việc bình thường

5 KIỂM TOÁN SỨC CHỐNG NHỔ CỦA BULÔNG

Khi P = 890N đặt theo phương ngang sẽ gây lực nhổ lớn nhất trong thân bulông

Trang 31

lc W,P

W, P

Pc N O

Hình 2.8 Sơ đồ tính toán cho bulông

Cân bằng momen quanh tâm quay 0 ta được lực nhổ trong bulông :

130(740 890) 235.5 (740 168) 190 -81.2 82.5

1301677

Tn = 0.76AsFub = 0.76x254.3x820=158505 N

So sánh ta thấy lực kéo trong bulông do các tải trọng tác dụng N=1677 N nhỏ hơnkhả năng chịu kéo của bulông Tn=158505 N => bulông vẫn làm việc an toàn

Trang 32

Tải phân bố đều do TLBT dầm :

- Dầm dọc T giữa nhịp :

Trang 33

Hoạt tải thiết kế là xe HL93

- Tổ hợp 1 : xe 2 trục + tải trọng làn ;

- Tổ hợp 2 : xe 3 trục + tải trọng làn ;

Ta xét 3 mặt cắt :

- Mặt cắt tại gối

- Mặt cắt cách gối 1/4 nhịp

- Mặt cắt giữa nhịp