Thiết Kế Cầu Dầm Bê Tông Cốt Thép Dự Ứng Lực Nhịp Giản Đơn (Kèm Bản Vẽ Autocad, Excel Tính Toán)

CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CẦUPHƯƠNG ÁN I: THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DUL CHỮ T L= 30m 1.. NHỮNG NỘI DUNG THỰC HIỆN TRONG ĐỒ ÁN TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DUL DẠNG CHỮ T CĂNG SA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM

KHOA CÔNG TRÌNHBỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – THÁNG 03 NĂM 2007

ĐỀ CƯƠNG LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

PHẦN I GIỚI THIỆU

1 Quy mô và Tiêu chuẩn kỹ thuật:

a Quy mô: Cầu được thiết kế vĩnh cửu bằng BTCT và BTCTDUL

b Tiêu chuẩn kỹ thuật:

b.1 Tải trọng thiết kế:

b.1.1 Tĩnh tải thiết kế:

- Trọng lượng thể tích BTCT: 2500 kg/m3

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: 2350 kg/m3

b.1.2 Hoạt tải thiết kế:

- Hoạt tải HL93 lấy theo 22TCN-272-05

- Người đi bộ: 3 KN/m3

b.1.3 Các tác dụng khác:

- Tác dụng do nhiệt độ thay đổi và Gradient nhiệt theo 22TCN -272-05

- Tác dụng của gió theo 22TCN -272-05

- Tác động do co ngót từ biến

- Tác động do lún lực, ma sát âm

- Tải trọng va sô của tàu thuyền theo 22TCN-272-05

b.2 Khổ Cầu: B = 7 + 2x1.5 m + 2x0.25 m = 10.50 m

- Mặt đường xe chạy ( 2 làn xe): là 7 m

- Lề người đi bộ: 2x1.50 m = 2.5 m

-Lan can : 2x0.25 m = 0.5 m

PHẦN II CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CẦU

PHƯƠNG ÁN I:

THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DUL CHỮ T L= 30m

1 Bố trí chung toàøn cầu:

- Cầu được bố trí theo sơ đồ mc ngang: 7x30m, các kết cấu được thiết kế theo hình thức bán lắp ghép

2 Kết cấu phần trên:

- Toàn bộ cầu gồm 5 nhịp cầu dầm giản đơn dầm T L= 30m BTCT dự ứng lực căng sau

- Chiều cao dầm H=1.5m, khoảng cách dầm

- Công nghệ chế tạo: Thi công BTCT DUL Căng sau tại công trường

- Cốt thép cường độ cao loại 7 sợi xoắn đường kính 12.7mm Các chi tiết kỹ thuật của thép CĐC xem cụ thể trong phần III

- Mặt cầu rộng 10.5m, trong đó phần xe chạy rộng 7m cho 2 làn xe chạy Đường người đi mỗi bên rộng 1.75m ( kể từ gờù chân lan can ) và được bố trí khác mức vớimặt đường xe chạy

- Cầu nằm trên đường thẳng, độ dốc dọc thiết kế là 1.5% về mỗi phía

- Dốc ngang mặt cầu 2% về 2 phía

-Lớp phủ mặt cầu H = 13 cm gồm các lớp như sau :

 lớp mui luyện : vữa xi măng mác 200, dày 3 cm

 lớp cách nước : dày 1cm

 lớp bê tông bảo hộ : mác 250, dày 4 cm

 lớp bê tông át phan : dày 5 cm

- Bản mặt cầu bằng BTCT C30 đổ tại chỗ, dày 20cm

- Khe co giãn bằng cao su

- Gối cầu dùng gối cao su

- Lan can bằng thép ống và thép bản mạ kẽm Gờ chân lan can bằng BTCT C25 đổtại chỗ

- Hệ thống chiếu sáng

3 Kết cấu phần dưới:

- Mố M1 và M2 dạng chữ chân dê BTCT đổ tại chỗ Móng mố M1 và M2 bố trí cọc đóng

- Sau mố đặt bản quá độ dự kiến dài 4m

- Trụ T1, T2.T3,T4 : Trụ đặc thân hẹp bằng BTCT đổ tại chỗ đặt trên nền móng cọc BTCT đóng

PHẦN III VẬT LIỆU XÂY DỰNG CẦU

xà mũ trụ

2 Chiều dày tối thiểu lớp Bêtông bảo vệ quy định như sau:

Cấu kiện Chiều dày tối thiểu lớp BT bảo vệ (mm)

3 Cốt thép:

3.1 Cốt thép thường:

- Gồm 2 loại như sau:

Loại Kí hiệu Giới hạn chảy(MPa) Giới hạn bền(MPa) (MPa)E Sử dụngThép tròn

Thép có gờ

AIII

Cho dầm chủ,Mố trụ, Cọcđóng

3.2 Thép ứng suất trước và neo cáp:

- Thép cường độ cao sản xuất theo tiêu chuẩn “ ASTM A416 -85 Grade 270” được bean thành tao 7 sơi

PHẦN IV NHỮNG NỘI DUNG THỰC HIỆN TRONG ĐỒ ÁN

TÊN ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DUL DẠNG CHỮ T CĂNG SAU

I Tính toán thiết kế:

1 Tính toán thiết kế Lan Can

2 Tính toán thiết kế Bản mặt cầu và Dầm ngang

3 Tính toán thiết kế dầm chủ BTCT DUL Chữ T căng sau

4 Tính toán thiết kế 1 mố và 1 trụ

5 Tính toán thiết kế móng cọc đóng BTCT cho trụ (mố)

II Biện pháp tổ chức thi công:

A/ Thi công Hạ bộ.

1 Tổ chức thi công Mố M1:

- Chuẩn bị mặt bằng

- Thi công móng cọc BTCT

- Thi công bệ và thân mố

- Thi công xà mũ mố

2 Tổ chức thi công trụ T1:

- Chuẩn bị mặt bằng

- Thi công móng cọc BTCT

- Thi công bệ và thân trụ

- Thi công xà mũ trụ

B/ Thi công thượng bô:

Cơng nghệ thi công dầm BTCT DUL chữ T căng sau cáp 12.7mm

Lao lắp dầm cầu 1, 2,3

CHƯƠNG I

TÍNH LAN CAN VÀ LỀ BỘ HÀNH

1.1 TÍNH TOÁN NỘI LỰC LAN CAN :

1.1.1 Thanh lan can.

- Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài:  100 mm Đường kính trong: 

92 (mm)

- Khoảng cách 2 cột lan can là: L= 2000 mm

- Khối lượng riêng thép lan can: 7.85 10 N / mm5 3

  

- Thép cacbon số hiệu CT3: f =130 MPay

1.1.1.1 Tải trong tác dụng lên thanh lan can.

Hình 2.1: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can

- Theo phương thẳng đứng

+ Tĩnh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can

-5 lc

P 7.85 10 3.14 0.095 N / mm

      + Hoạt tải: Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05

Tải phân bố: w = 0.37 N/mm

Tải trọng tập trung: P = 890 (N)

- Theo phương ngang:

+ Hoạt tải: Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05

Tải phân bố: w = 0.37 N/mm

Tải trọng tập trung: P = 890 (N)

- Vì tải trọng theo phương thẳng đứng nguy hiểm và tiết diện là đối xứng nên ta kiểm toán theo phương thẳng đứng

1.1.1.2 Nội lực của thanh lan can.

- Mômen do tĩnh tải tại mặt cắt giữa nhịp

4 lc

n i i

 

+ : là hệ số sức kháng  = 1

+  : là hệ số điều chỉnh tải trọng  

  D R I

1 = 0.95+ Trong đó: D: Hệ số liên quan đến tính dẻo lấy D=1

R: Hệ số liên quan đến tính dư lấy R=0.95

I : Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác lấy I=1+ : là hệ số tải trọng (DClc 1.25 với tĩnh tải, PLlc 1.75với hoạt tải người)+ M: là mômen lớn nhất do tỉnh và hoạt tải

+ Mn: sức kháng của tiết diện

lc lc lc lc

i.Mi ( MP P PL M )PL0.95 (1.25 47500 1.75 630000)

Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chịu lực

1.1.2 Cột lan can.

- Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan (hình

2.2).

Hình 2.2: Sơ đồ tải

trọng tác dụng vào cột lan can.

- Đễ đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra lực xô ngang vào cột bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân

+ Suy ra lực tập trung vào cột là:

P P ' P '' 740+890 = 1630 N  

- Ta kiểm toán tại mặt cắt I-I:

Y

X

Hình 2.3: Mặt cắt I-I

- Mômen tại mặt cắt I-I:

           6

M P h P h 1630 650 1630 300 1.5485 10 N.mm

- Mặt cắt I-I đảm bảo khả năng chịu lực khi Mn iMi

- Sức kháng của tiết diện: Mn  f Sy

+ S mômen kháng uốn của tiết diện

3 2

 Mặt Cắt I – I Đảm bảo khả năng chịu lực

1.2 Lề bộ hành.

2.2.1 Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm

- Xét trên 1000 mm dài

- Hoạt tải người: PL = 0.003x1000 = 3 N/mm

- Tỉnh tải: DCbh = 1000 x 100 x 0.25 x 10-4 = 2.5 N/mm

PL

1300 1300

Hình 2.4: Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành.

d 75  Bài toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo

- Xác định diện tích cốt thép

'

2 c

A 88.8 0.0009

b d 1300 75

' c min

Ø10 a 260

Hình 2.5: Bố trí cốt thép trên lề bộ hành

- Theo phương dọc lề bộ hành bố trí 10a260 Trọng lượng một thanh 0.617 kg/m

2.2.4 Kiễm toán ở trạng thái giới hạn sữ dụng.

- Tiết diện kiểãm toán

Tiết diện chữ nhật có b x h = 1300 x 100 mm

- Bê tông có môđun đàn hồi

E 0.043 f 0.043 2400  30 27691.5 MPa

- Cốt thép AII: có 6 10a260

- Cốt thép có môđun đàn hồi: Es = 200000 MPa

MS = 1162000 N.mm

- Ưùng suất kéo trong bê tông fc so với khả năng chịu kéo khi uốn 0.8fr

- Khả năng chịu kéo khi uốn

- Ta tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của bó vỉa dạng tường như sau:

+ Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo

+ Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải tra bảng:13.7.3.3-1 quy trình

272-05 ta có:

Bảng 2.1: Lực tác dụng cào lan can

Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tácdụng(mm)

Phương mằm ngang Ft = 240 Lt = 1070

Phương thẳng đứng FV = 80 LV = 5500

Phương dọc cầu FL = 80 LL = 1070

+ Khi xe va vào giữa tường

+ Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng

M : Là sức kháng của dầm đỉnh

H : Là chiều cao tường

C

L : Là chiều dài đường chảy

- Tiết diện tính toán và bố trí cốât thép: (hình 2.6)

- Cốt thép dùng 12a200 mm, 1m dài có 6 thanh

- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí tương tự

- Diện tích cốt thép As:

2 s

- Xác định trừơng hợp phá hoại của tiết diện

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép Max: max

- Tương đương với điều kiện:

s

c 0.45

d Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép Max

- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: min

- Trong đó:

s s

A 678.24 0.0039

d b 174 1000

   

' c min

- M H : Là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục ngangW

- Tiết diện tính toán và bố trí cốt thép: (hình 2.7)

Hình 2.7: Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu

b = 300 mm

h = 200 mm

- Cốt thép dùng 2 12 mm

- Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí tương tự

- Diện tích cốt thép As:

2 s

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép Max: max

Tương đương với điều kiện:

s

c 0.45

d 

- Vậy thoả mãn điều kiện cốt thép Max

- Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: min

- Trong đó:

s s

A 226.08 0.0047

d b 162 300

   

' c min

- Vậy thoả mản điều kiện cốt thép

2.3.3 Chiêù dài đường chảy L c

- Chiều cao bó vĩa: H=300 mm

Vì không bố trí dầm đỉnh nên: Mb 0

+ Với trường hợp xe va vào giữa tường

- Chiều dài đường chảy

- Sức kháng của tường

- Chiều cao cột lan can H = 650 mm

-Đường kính lỗ trên trên cộtD = 100 mm

-Đường kính lỗ dưới trên cột d = 100 mm

2.Tính toán nội lực N, Q.

- Sơ đồ tính

- Lực tác dụng

+ Trọng lượng bản thân cột lan can :Gbt = 167.294 N

+ V - Thể tích cột lan can.bt =7850 kg/m3 - khối lượng riêng của thép làm cột

+ Trọng lượng thanh lanh can: Glc = 89.649 N

gt =7850 kg/m3- khối lượng riêng của thép làm thanh lan can

F - diện tích mặt căt ngang thanh lan can

S - Khoảng cách giữa hai cột thanh lan can

+ Hoạt tải

Hoạt tải tính toán cho lan can người đi bộ được qui ước là một tải trọng phân bố đều

Wi = 0,37 N/mm đặt theo cả hai phương đứng và ngang( i là phương của tải trọng ) và tải trọng tập trung Pi = 890 N đặt tại vị trí nguy hiểm nhất theo bất kì phương nào (điều 13.8.2/19)

2.1 Tổ hợp nội lực.

2.1.1.TTGH Cường độ I.

Lực nén Qi(N) (N)

TT Tải trọng h g

2.1.2.TTGH sử dụng

Lực nén Qi(N) (N)

TT Tải trọng h h

3.Kiềm toán cột lan can

- Diện tích tiết diện chân cột

A =a1.a8+a3.a8+a2.a6 = 3472 mm2

- Momen quán tính đối với trục x-x

I =I1+y12.F1+I2+y22.F2+I3 =74305833.33 mm4

Ta chia đế cột lan can thành 3 phần tương ứng với diện tích F1 = a1.a8, F2 =a3.a8, F3 = a2.a8

- Lực tính toán Mmax = 1548500 N.mm

Nmax = 4255.885348 NQmax = 3950 N

Kiểm toán sức kháng uốn của cột lan can

- Hệ số sức kháng = 1

Sức kháng uốn của mặt cắt

S = I/(a4/2) = 782166.6667 mm3

Mn = S.fy = 195x106 N.mmKiểm tra điều kiện VT > VP Thoả

 

Kiểm toán sức chịu nhổ của bu lông chân trụ

Bu lông 1 Pu

- Chọn bu lông đường kính f= 20 mm

- Bố trí bu lông trên mặt bằng

b1 = 30 mm b4 = 40 mmb2 = 70 mm b5 = 110 mmb3 = 130 mm b6 = 190 mm + Lực nhổ tác dụng vào bu lông

Cân bằng momen quanh bu lông thứ 1

M = 2P.b5 + N.b5/2 => P = (M-N.b5/2)/(2b5) = 5974.665027 N

Lực cắt tác dụng lên một bu lông

Pu = Qmax/4 = 987.5 NSức kháng cắt của bulông nơi đường ren bao gồm trong mặt phẳng cắt

Điều (6.13.2.7-2/105)

Ab - Diện tích của bulông theo đường kính danh định (mm2)

Fub - Cường độ chịu kéo nhỏ nhất qui định của bu lông (MPa)

Ns - Số lượng các mặt cắt chịu cắt tính cho mỗi bulông

Ab = pf2/4 = 314.159 mm2Fub = 830 MPa

Ns = 1

Rn = 99085.832 NSức kháng của bu lông chịu nhổ và cắt kết hợp

Pu/Rn = 0.010< 0.33Nếu Pu/Rn [ 0.33 => Tn = 0.76AbFub Điều(6.13.2.11-1/109)

Nếu không

Trong đó

Tn - Sức kháng kéo danh định của bu lông chịu cắt kết hợp với kéo dọc trục

ws - Hệ số sức kháng đối với cắt trong các bulông Điều (6.5.4.2/17)

150

5 30 5

0,38

Tn = 198171.6646 NKiểm tra điều kiện Tn > Pu Thoả

II.Thiết kế bản mặt cầu

- Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05

II.1.Vật liệu:

- Bê tông : M300 c = 2500 kg/m3

+ Cường độ chịu nén: fc’ = 300 KG/cm2

- Cốt thép: Sử dụng cốt thép thường CT3

+ Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: fu = 280 Mpa

II.2.Thiết kế bản hẫng.

- Do kết cấu bản hẫng nằm trong lề bộ hành nên không chịu tác dụng của hoạt tải

xe - Bản hẫng chịu tải trọng: tĩnh tải và người đi bộ

2 Các tải trọng tác dụng lên kết cấu la.ø

- Trọng lượng bản thân bản mặt cầu DC2

- Trọng lượng lan can và lề bộ hành DC3

- Tải trọng người đi bộ PL

3 Tính toán momen trong bản mặt cầu.

- Sơ đồ tính là bản console

L1 = 1.05 m

a Bản mặt cầu:

- Tĩnh tải bản mặt cầu

DC2 = 1.t5'.gc = 620kg/m = 0.62 T/m

- Momen do tĩnh tải bản mặt cầu gây ra

MDC2 = DC2.L12/2 = 0.341775 T.m

b Trụ đỡ lề bộ hành:

- Tĩnh tải trụ đỡ lề bộ hành

DC3-1 =1.LB7.LB4.gc= 150 kg = 0.15 T

LB7 - Chiều cao lề bộ hành LB7 = 0.3 m

LB4 - chiều rộng gờ chắn bánh (bó vỉa) LB4 = 0.2 m

- Khoảng cách từ trụ đỡ đến ngàm

L2 = 1.5 m

- Momen do tĩnh tải trụ đỡ lề bộ hành

MDC3-1 = DC3-1.L2 = 0.225 T.m

c Lề bộ hành

- Tĩnh tải phần lề bộ hành

DC3-2 = 1.LB5.gc = 250kg/m = 0.25 T

LB5 - chiều dày bản lề bộ hành LB5 = 0.1 m

- Momen do tĩnh tải lề bộ hành

MDC3-2 = DC3-2.L2 = 0.375 T.m

d Trụ lan can.

- Tĩnh tải trụ lan can Trong đó:

DC3-3 = V.gs =157.9509865kg =0.158T V :là thể tích trụ lan can

- Khoảng cách từ tâm trụ lan can tới ngàm gs : khối lượng riêng của thép

L3 = 2.45 m

- Momen do tĩnh tải trụ lan can gây ra

MDC3-3 = DC3-3.L3 = 0.387 T.m

e Thanh lan can.

- Tĩnh tải thanh lan can

Xem thanh lan can là dầm giản đơn kê trên hai gối là hai trụ, với chiều dài nhịp là khoảng cách giữa hai trụ kế tiếp

DC3-4 = Alc.gs.L82/2= 37.880 kg = 0.038 T

Với L8 :Khoảng cách giữa hai trụ lan can

- Momen do tĩnh tải thanh ïlan can gây ra

MDC3-4 = DC3-4.L3 = 0.093 T.m

f Người đi bộ.

- Tải trọng người đi bộ

Xem tải trọng người truyền xuống bản thông qua các lực tập trung tại trụ đỡ lề bộ hành - Tải trọng phân bố

q = 0.003 Mpa = 0.300 T/m2

PL = q.LB12/2 = 0.468 T

- Momen do tải trọng người đi bộ gây ra

MPL = PL.L2 = 0.702 T.m

Ký hiệu M T.m

Bản mặt cầu DC2 0.342Trụ đỡ lề bộ hành DC3-1 0.225Lề bộ hành DC3-2 0.375Trụ lan can DC3-3 0.387Thanh lan can DC3-4 0.093Người đi bộ PL 0.702

Bảng tổng hợp nội lực không hệ số Tải trọng

IV Tổ hợp nội lực

- Đối với bản mặt cầu ta chỉ cần tính toán và kiểm tra theo hệ số sức kháng và khống chế bề vết nứt cho nên ta chỉ xét 2 TTGH: TTGH cường độ I và TTGH Sử dụng

4.1.Tổ hợp TTGH Cường độ I.

M =  Mi

Trong đó:

: Hệ số điều chỉnh tải trọng lấy theo điều 1.3.2

: Hệ số tải trọng lấy theo điều 1.3.2.1 quy trình 22TCN272-05

Bản mặt cầu DC2 0.952 1.25 0.407Trụ đỡ lề bộ hành DC3-1 0.952 1.25 0.268Lề bộ hành DC3-2 0.952 1.25 0.446Trụ lan can DC3-3 0.952 1.25 0.461Thanh lan can DC3-4 0.952 1.25 0.110Người đi bộ PL 0.952 1.75 1.170

2.862

Tải trọng

Tổng Hệ số điều chỉnh tải trọng dùng giá trị cực đại của  i

4.2.Tổ hợp TTGH Sử dụng lấy h=1, g =1.

Bản mặt cầu DC2 1 1 0.342Trụ đỡ lề bộ hành DC3-1 1 1 0.225Lề bộ hành DC3-2 1 1 0.375Trụ lan can DC3-3 1 1 0.387Thanh lan can DC3-4 1 1 0.093Người đi bộ PL 1 1 0.702

2.124Tổng

Tải trọng

V Thiết kế bản kiểu dầm.

- Chiều dài nhịp tính toán lấy từ tim hai dầm chủ kế nhau

S = 2.1 m

- Chiều dày bản mặt cầu đã qui đổi phần vút

t5' = 0.248 m

2.Các tải trọng tác dụng lên kết cấu là

Tải trọng thiết kế

- Trọng lượng bản thân bản mặt cầu DC2

- Trọng lượng lớp phủ mặt cầu DW

- Lực xung kích IM

- Hoạt tải xe LL

3.Tính toán momen trong bản mặt cầu.

Bản mặt cầu:

- Tĩnh tải bản mặt cầu

g2 = 2400 kg/m3Lớp phòng nước dày 1cm t10 = 0.01 m

g3 = 1500 kg/m3Lớp mui luyện có độ dốc ngang 2% t11 = 0.055 m

g4 = 2200 kg/m3Lớp phủ mặt cầu

- Tĩnh tải lớp bê tông atphan dày 5cm

DW-1 = 1.t8.g1= 115 KG/mm = 0.115 T/m MDW-1 = DW-1.S2/8 = 0.063 T.m

- Tĩnh tải lớp bê tông bảo vệ dày 4cm

DW-2 = 1.t9.g2 = 96KG/m =0.096 T/m MDW-2 = DW-2.S2/8 = 0.053 T.m