Thiết Kế Cầu Dầm BTCT Dự Ứng Lực Nhịp Giản Đơn (Kèm Bản Vẽ Autocad, Excel tính toán)

+ Các dầm ngang nằm giữa khẩu độ dầm dọc sẽ chịu tác dụng của hai loại nội lực : bộ dưới tác dụng của xe H30 hay HK80 bố ngang.. TÍNH TOÁN CỐT THÉP TRONG DẦM NGANG chịu uốn... 7 Tính du

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ BÁN CÔNG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chương 1

GIỚI THIỆU SƠ BỘ – THIẾT KẾ SƠ BỘ

Tính toán theo qui trình “Thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn” của BộGiao Thông Vận Tải ban hành năm 1979

II THIẾT KẾ SƠ BỘ

kế theo hình thức bán lắp ghép

C 2 T 2 B

1 ( L

) 15

1 25

1 (

nhiều nhịp có gối tựa là các dầm chủ

mặt cầu sẽ tính theo bản kê hai cạnh

NGANG DẦM

DẦM CHÍNH DẦM CHÍNH

126 30 126

( Thi công đổ tại chổ ) và mối nối dầm ngang Mối nối bản cánh dầm chính

Chương 2

TÍNH TOÁN LAN CAN & LỀ BỘ HÀNH

như dầm giản đơn, có kể đến độ ngàm ( kể đến moment âm )

4x192 192

40 192 4x192

a) Tải trọng tác dụng lên thanh lan can :

phương đứng

ptt = 1.1  0.13 = 0.143 (T)

b) Sơ đồ tính :

Ptt = 143 kg Gtt = 0.0619 kg/m

72 1 0619 0 4

L p 8

L g

Vì thực tế hai đầu thanh là ngàm nên ta

có : + Moment tại giữa nhịp :

+ Moment tại gối :

d) Tính cốt thép :

( do moment tại gối lớn hơn tại giữa nhịp nên chỉ cần tính cốt thép tại gối )

5 2

o n

0

10 0591 0 h

R

M

o a

Lực cắt tại gối:

2

72 1 ) 143 0 0619 0 ( 2

L ) p g (

b) Sơ đồ tính :

Nn= 143 kg Nđ= 323 kg

c) Nội lực :

+ Lực nén dọc trục tại ngàm : Ntt = Nđ =

0.323 (T)

0.143  1 = 0.143 (Tm)

d) Tính cốt thép :

( Trụ lan can chịu nén lệch tâm, đặt cốt thép đối xứng )

+ Độ lệch tâm :

323 0

143 0 e N

10 323 0 b R

' a

Vì lượng cốt thép tính được quá nhỏ

nên ta chọn cốt thép như sau :

+ Cấu tạo cốt thép liên kết giữa thanh

lan can và cột lan can :

+ Chọn dạng lề đổ tại chổ như trên Bề

rộng mỗi bên lề bộ hành : 1.25 m

2) Bản bê tông lề bộ hành :

a) Sơ đồ tính :

thành từng dải rộng 1m để tính  tính toán nội lực như dầm giản đơn, sau đónhân với hệ số ngàm

q

b) Tải trọng tác dụng :

 Lớp phủ bê tông asphalt dày 2 cm

L q

Lq

o n

0

10 062 0 h

R

M

o a

Vì lượng cốt thép tính được quá nhỏ nên chọn cốt thép theo cấu tạo :

[Q] = 2.739 (T) > Q = 0.248 (T)

e) Bố trí cốt thép :

8a200

612612

thép chờ để

liên kết với

thép cột lan

can

Chương 3

TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU

II

2 a

I

kG/cm

2400 R

A thép loại dùng 10

kG/cm

1900 R

A thép loại dùng 10

+ Lớp phủ mặt cầu H = 12 cm gồm các

lớp như sau :

200, dày 2 cm

cm

 lớp bê tông át phan : dày 5 cm

40.7l

một phương, riêng phần bản phía ngoài

làm việc như một console

40 1 2 3

l 2

m 91 0 3 40 1 44 0 3

l a a

b

b 1

 chọn a = 0.94 m

q 2 bP a 2 0.8412 0.94 7.60

1 30

b 1

l

lb

84 0 40 1 ( 4

84 0 60 7 ) 3 0 1 ( 4 1 8

1.40 0.896

) 2

b l(

4

b q ) 1 ( n 8

l g M

2

1 b

1 h

2 b o

04 1 40 1 ( 4

04 1 23 10 1 1 1 8

1.40 0.896

) 2

b l(

4

b q ) 1 ( n 8

l g M

2

1 b

1 h

2 b o

b

y2

P)1(n)x2

l(gQ

56 0 2

12 ) 3 0 1 ( 4 1 ) 2 0 2

40 1 ( 896 0

702 0 2

12 ) 3 0 1 ( 4 1 2

40 1 896 0

489 0 2

20 1 1 1 ) 2 0 2

40 1 ( 896 0

ax = a = 0.94 m

94 0

631 0 2

20 1 1 1 2

40 1 929 0

80

Bảng tóm tắt giá trị nội lực

Nhận xét : các giá trị nội lực do tải trọng H30 gây ra lớn hơn các giá trị nội lực

do HK80 gây ra  dùng các giá trị nội lực do H30 gây ra để tính cốt thép chobản

2 o n

h R

M F

) A 2 1 1 ( 5 0

h b R

M A

 Bản đủ khả năng chịu lực

Trong trường hợp này tính theo bản hẫng

69

590 690

1 13 0

70 0 50875 0

l ) P P ( 2

C G M

2

H T

2 b

Nhận xét : nội lực trong bản đở lề bộ hành nhỏ hơn nội lực trong các bản

ở giữa nên lượng cốt thép tính được cũng sẽ nhỏ hơn Tuy nhiên để tiện thi công

ta cũng bố trí cốt thép như các bản ở giữa nhưng chỉ đặt 1 lớp ở trên để chịumoment âm

Chương 4

TÍNH TOÁN DẦM NGANG

và có thể coi như sơ đồ dầm ngang liên tục 6 nhịp

các dầm dọc), chỉ chịu các tải trọng trực tiếp truyền lên nó

+ Các dầm ngang nằm giữa khẩu độ dầm dọc sẽ chịu tác dụng của hai loại

nội lực :

bộ dưới tác dụng của xe H30 hay HK80

bố ngang

Do vậy, nội lực tính toán trong dầm ngang là tổng của hai loại nội lực trên

I NỘI LỰC DO TẢI TRỌNG CỤC BỘ

+ Áp lực lên dầm Po do 1 dãy bánh xe gây ra được xác định theo côngthức :

1 dãy bánh xe lên đường ảnh hưởng áp lực

PoHK80 = 0.5  20/2  (1 + 2  0.6772 + 0.3544 ) = 13.544 T

2) Xác định moment và lực cắt do tải trọng cục bộ gây ra :

a) Do tải trọng ô tô H30 gây ra :

T 125 6 5 0 418 9 ) 3 0 1 ( y P ) 1 ( Q

Tm 775 4 39 0 418 9 ) 3 0 1 ( y P ) 1 ( M

i o og

i o 5

0

i o o

 Tại các gối giữa :

Po

Po

Po

0.39

Tương tự như trên ta xác định được :

i o og

i o 5

0

A CÁC DẦM NGANG Ở GIỮA NHỊP

ngang

Xét tỷ số :

0 312 0 5

30

36 9 L

a2

aan

a2

aan

1'y

Trong đó : n : Số dầm chính

0.5m 0.65m

0.5m 0.65m

0.65m 0.5m

1.90m 2.70m

XB80

Đah R3

Đah R2

XB80 2.70m 1.90m

H30 H30

1.90m 1.10m

1.90m 2.70m

Bảng giá trị hệ số phân bố ngang tải trọng

Nhận xét : càng vào gần tâm cầu thì hệ số phân bố ngang tải trọng càng

lớn nhất

2) Vẽ các đường ảnh hưởng nội lực

moment M và lực cắt Q trong dầm ngang :

ngang

độ ở giữa tim cầu

tráiRi – tổng các phản lực Ri ở bên trái của tiết diện “r”

Bảng giá trị tung độ tại 2 gối biên của đường ảnh hưởng

M 3 – 4 2.8414 – 0.8358

Q 3 – 4 và Q 4 p 1.1429 0.1429

các đường ảnh hưởng M và Q như sau :

Ñah M4Ñah M3-4

H30 1.90m

XB80 2.70m

2.70m XB80 1.90m

1.90m

1.90m

H30 H30

1.90m

2.70m XB80

XB80 2.70m 1.90m

+ Trọng lượng cột lan can và thanh lan can : bố trí các cột lan can cáchnhau 1.92 m, mỗi bên có tổng cộng 18 cột

5.2)VV(

8676.05.2246.0)373.0125.0(2

+ Tải trọng tương tương của một dãy bánh xe với L = 30 m với mặt cắt giữa

hưởng nội lực M và Q cần tính tương ứng

a) Nội lực khi đặt tải trọng ôtô H30, đoàn người và tĩnh tải :

Bảng tổng hợp kết quả tính toán nội lực trong dầm ngang

B CÁC DẦM NGANG Ở TẠI GỐI

ngang

Xét tỷ số :

III TÍNH TOÁN CỐT THÉP TRONG DẦM

NGANG

chịu uốn Do đó dầm ngang được tính toán như một dầm có tiết diện chữ T

cm

255  156a200  16a200  ( 100 – 0.5  16a200 )

= 58556a200 16a200 0 Kgcm  585.56a200 2 Tm >

100 156 255

10 713 38 h

b R

M

o n

100 2400 9951

0

10 713 38 h

R

M F

9951 0 ) 0097 0 2 1 1 ( 5 0 ) A 2 1 1 ( 5 0

+ Phần bản nằm trong vùng chịu kéo nên tiết diện tính toán trong trường hợp

này tính theo tiết diện chữ nhật.

+ Vì cốt thép chịu moment âm phải đặt phía dưới lớp thép bản và có thể đặt xen kẽ với cốt thép của dầm chính nên cần

chọn giá trị a khá lớn.

cm

100 20 255

10 992 14 h

b R

M

o n

a 6 34 cm

100 2400 9851

0

10 992 14 h

R

M F

9851 0 ) 0294 0 2 1 1 ( 5 0 ) A 2 1 1 ( 5 0

34604 kG

Bước cốt đai : u = 15 cm

159.09 kG/cm

15

2785.019008

.0u

nfR8.0

kG 67689 09

159 100

20 18 8 q h b R 8

Vậy bê tông và cốt đai đủ khả năng chịu lực cắt nên ta không cần bố trí cốt

xiên chịu lực cắt

Trong đó :

z F

M t

TC CB



i i

Theo tiêu chuẩn :  = 0.02 cm

2100000

193.13953

RE

3

t

t N

Vậy dầm ngang thoả điều kiện tính duyệt mở rộng vết nứt tại tiết diện thẳng góc

toán theo công thức sau :

QTC : lực cắt ứng với tải trọng tiêu chuẩn ( QTC = 31.458 T )

103 20

I CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN DẦM CHÍNH

1 2 35 6

4 7

13 15 15 13

cùng tham gia làm việc với dầm nên khi tính mặt cắt ngang tính đổi ta sẽkể thêm phần bê tông mối nối

2

1 2 16 156 ( 156

3 2

3 d

07 16 69

56 140

14 32 56

12 14 32 56

) 69 56 28

17 29

45

(

58 90 16

12 58 90 16

) 64 8 69

56 ( 28 17 156

12

28 17 156

H30 HK80 Người

II XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI GIAI ĐOẠN I & II :

+ Xem tĩnh tải phân bố đều cho các dầm chủ và ta xác định giá trị tĩnh tải rải

đều trên 1m dài dầm chủ

5 2 4 1 1 1 2 0 30

q "

phủ mặt cầu

+ Ta cần xét 5 mặt cắt đặc trưng ở các

vị trí : tại gối, cách gối 1.5m, 1/8 nhịp (cách gối 3.75m), 1/4 nhịp (cách gối

7.35m) và tại giữa nhịp

29.4 14.7

3.75 7.35 1.5

1 2

3 4 5

+ Nội lực được xác định theo công thức

sau : S = q.CV Trong đó : q – tải trọng rải đều tương

đương ( tra bảng )

+ Hệ số xung kích : Nếu   5m  1 +  = 1.3 Nếu   45m  1 +  = 1.0

Ta có :  = 29.4 m  1 +  = 1.113

Kết quả tính toán được lập thành bảng

4) Xác định lượng cốt thép cần thiết theo công thức gần đúng :

u c

'

M )

5 0 1 (

1 h

Dầm giản đơn lấy  = 0.09

M – moment lớn nhất do tĩnh tải và hoạt tải tính toán ( M = 476.628 Tm)

 122.99 cm

235 156

47662800 )

09 0 5 0 1 ( 09 0

d 33.75 cm

11000

21599

.12215609.0R

Rhb

bó 1

d







Nhận xét : số lượng bó cốt thép tính được đúng như ta chọn sơ bộ ban đầu

nên không cần phải hiệu chỉnh bầu dầm

5) Bố trí cốt thép dự ứng lực :

4 1

7 5

2 3 6

13 15 15 13

Ta thấy :

6a200 ) Xác định các yếu tố về góc và tọa độ của cốt thép dự ứng

lực :

T

Td

7) Tính duyệt cường độ dầm trong giai đoạn sử dụng theo

moment của mặt cắt thẳng góc :

+ Bỏ qua phần cốt thép thường và không bố trí cốt thép DƯL ở phần chịu nén Giả sử trục trung hoà qua cánh dầm, phải thoả mản điều kiện :

Trong đó :

Vậy trục trung hòa qua cánh dầm

2

x h ( x b R m

x RR bF 11000215 15648.36 15.86

c u

T T

tiết diện cách gối 1.5m (4 – 4) Tiết diện chịu lực theo hai giai đoạn :

a) Giai đoạn 1 : không tính tiết diện của lỗ hoặc rãnh và cốt thép

h h ( h ) b b ( 2

h b

2 t t t t 2 1 d 1 1

3 1 1

2 c t c c

3 c c

3 d

3 t td

)ay(F)'ay('Fn)2

hy(h)bb(

12

h)bb()2

hy(h)bb(12

h)bb(3

yb3

ybI

i

yna

b) Giai đoạn 2 : Toàn bộ tiết diện đều làm việc :

Các giá trị khác giống như trên

Kết quả tính toán được ghi trong bảng sau :

9) Tính các mất các ứng suất trong cốt thép :

a) Mất mát ứng suất do biến dạng neo, các khe nối ép khít

Trong đó : l – tổng biến dạng neo, biến dạng của bêtông dưới neo

(cốt thép được neo 2 đầu  l = 0.4 cm)

ltb – chiều dài trung bình của cốt thép.

so với vị trí thiết kế (ống thép chứa cốt DƯL là ống kim loại nhẵn  k =0.003)

đang xét, m

1.3 : hệ số ngàm của các sợi trong bó tại những chổ uốn khúc

Tiết

X(m)

kx +1.3

c) Mất mát ứng suất do bê tông bị nén đàn hồi khi không kéo

cốt thép sinh ra

z – số lượng bó cốt thép sẽ căng sau bó đang xác định ứng suất

1[N

tđ

2 i

d tđ tđ Ti



Tieát dieän

b

T b T c 2 1

 – hàm số xét tới ảnh hưởng của quá trình co ngót và từ biến kéodài của bêtông tới trị số ứng suất hao hụt, phụ thuộc vào đặc trưng

r

y 1

1 ( N

o

2 o T

b   



nhất Trường hợp này, trong thớ dưới không được xuất hiện ứng suất kéo

tra :

I

MM

yI

b tđ

c bt

c max d

o

c bt d

T 3 2 1 d 0 0

0 0 T

d

I

eFF

Fy

I

eF

lúc căng cốt thép gây ra (moment do tĩnh tải giai đoạn 1 gây ra)

(kg)

eo(cm)

ex(cm)

b) Kiểm toán 2 :

với ứng suất hao nhỏ nhất

tđ

c bt

c min t

o

c bt t

c bt t

hiện vết nứt dọc theo cốt thép do hiện tượng giản nở ngang khi bêtông bị néndọc)

yeF

1(N

o

d o o T

VI TÍNH DUYỆT CƯỜNG ĐỘ DO TÁC DỤNG CỦA ỨNG

SUẤT CẮT VÀ ỨNG SUẤT NÉN CHỦ TÍNH CHỐNG NỨT DO TÁC DỤNG CỦA ỨNG SUẤT KÉO CHỦ :

11) Tính duyệt cường độ do tác dụng của ứng suất cắt :

+ Ứng suất được kiểm tra tại tiết diện cách gối 1.5m, chổ thay đổi chiều dày sườn dầm Kiểm tra cho thớ nằm tại trục trung hoà của tiết diện sẽ có giá trị lớn

nhất Điều kiện kiểm tra :

tđ

T o

k o

T

bt S R

bI

QQSbI

QQ

của dầm gây ra

k, SI

0 – 0, I – I

a) Tính các đặc trưng hình học :

2

)hy(bSS

)ay(FE

E)2

hy(hbS

2 c

o t o

b a

o

o

o

' t

o t

' t b

t c o t c c

) F (y a )

2

hy(hb

d o 1 o d 1 1

E)2

hy(hbS

2

)hy(bSS

)ay(FE

E)2

hy(hbS

T

I d T b

T 1 I d 1 1

I

d

c

2 c

I t I

b a

I

I

' t

I t

' t b

t c I t c c



12) Tính duyệt cường độ do tác dụng của ứng suất nén chủ  nc (ở

mặt cắt cách đầu dầm 1.5m) :

Công thức tổng quát là:

nc 2

2 y x y x

4

) (

theo công thức :

tđ

bt o

k o

bt o k o

o T o

T

I

MMyI

MyI

eNF

được xác định như sau :

tx

tx tx tđ

tđ tđ

bU

fb

a) Đối với thớ đi qua trục 0 – 0 sẽ xét 2 tổ hợp tải trọng :

 Tải trọng thẳng đứng tính toán sinh ra Mmax và Qmax (đối với MC 4 – 4)với 2 trường hợp bố trí hoạt tải : H30 + người đi bộ và tải trọng đặc biệtXB80

18071714

29353 64977

179241 16

17814338

29353 38191

S b I

Q Q S b I

Q Q

2

I k tđ

T o

k o

T bt

tđ tđ

bU

fb

21 26 94

16 18071714

29353 59916

179241 16

17814338

29353 38191

59 9302

985 6 87490 1

1

HK80 < H30 , xHK80 <xH30 ,yHK80 = yH30  ncHK80 < ncH30

 Vậy dầm đạt yêu cầu

b) Đối với các thớ a – b chổ nối cánh với sườn dầm phía trên trục 0 – 0 và đối với thớ c – d phía dưới trục 0 – 0 sẽ xét 6 tổ hợp tải trọng :

không có

>1) và xét 2 trường hợp bố trí hoạt tải : H30 + người đi bộ hoặc một xeđặc biệt XB80

29353 38191

9 0

0 04 43 17814338

09 38 672294 59

9302

21 26 23

16 17814338

29353 38191

9 0

0 04 18 17814338

22 49 672294 59

9302

3 16 43 43

4

) 21 26 85 42 ( 2

21 26 85

19958 64977

127384 16

17814338

19958 38191

43 17814338

09 38 457060 59

9302

82 17 40

với tải trọng người đi bộ :

19958 64977

165099 16

17814338

19958 38191

18 17814338

22 49 457060 59

9302

47 31 92 02

4

) 82 17 23 62 ( 2

82 17 23

Kgcm 9281400 M

Kg 64977 Q

Kg 59916 Q

Q

30 H max 80

XB

max

30 H max 80

XB max

19958 59916

127384 16

17814338

19958 38191

18 17814338

22 49 457060 59

9302

28 17 93

13) Tính duyệt cường độ do tác dụng của ứng suất kéo chủ  kc (ở

mặt cắt cách đầu dầm 1.5m)

Công thức tổng quát là:

kc k 2

2 y x y x

4

) (

chủ nhưng với tải trọng tiêu chuẩn (không tính hệ số vượt tải và hệ số xungkích)

năm 1979 : Nếu bề dày sườn dầm không thay đổi theo chiều cao của tiết diện

a) Trường hợp xếp tải ôtô H30 và đoàn người đi bộ :

Q = 48697 Kg ; Qbt = 38191 Kg

16 18071714

22175 48697

179241 16

17814338

22175 38191

59.9302

985.672705y

I

MMF

k tđ

bt o

x T

16 72

o o

b) Trường hợp xếp tải xe đặt biệt HK80 :

22175 50984

179241 16

17814338

22175 38191

59.9302

985.672705y

I

MMF

k tđ

bt o

x T

16 74

o o

VII KIỂM TRA ỨNG SUẤT CỐT THÉP Ở GIAI ĐOẠN

KHAI THÁC :

moment do tải trọng tiêu chuẩn gây ra Nội lực do ôtô tác dụng sẽ tính với hệ sôxung kích

tđ

c bt

c max T

max hao KT

T y 0.6 R

I

)MM

(n)





(57.5)72.479213170

(

T       

VIII TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ CỦA TIẾT DIỆN NGHIÊNG

TRONG GIAI ĐOẠN KHAI THÁC TÍNH CỐT ĐAI :

rộng sườn dầm)

đầu dầm thì cường độ của tiết diện nghiêng dưới tác dụng của moment uốnthường được đảm bảo tốt, bởi vậy không cần kiểm tra moment nữa, mà chỉ kiểmtra lực cắt mà thôi

thẳng góc với trục

dọc cấu kiện không được nhỏ hơn lực cắt do ngoại lực tính toán gây ra :

C

bh R 15 0 ) U q U q ( C ) p q ( sin f m R

Tđ Tđ tđ tđ đ

T Tx 2

Trong đó : p – Trọng lượng phần dưới của dầm tính từ điểm giữa của chiều

cao dầm (Kg/m dài )

thép sợi cường độ cao , 0.8 đối với cốt thép thanh cán nóng

suất trước và cốt đai thường

RT2 , Rt – cường độ của cốt thép ứng suất trước và của cốt thép thường

của tiết diện nghiêng, chiếu lên phương thẳng góc với trục dầm

b , C – chiều dày sườn dầm, chiều dài hình chiếu của toàn bộ tiếtdiện nghiêng lên trục dầm

2

40 1 16 0

ứng suất trước)

tđ

tđ t t tđ

01.615.217

)61.49140(1623515

0p

q

bhR15.0

đ

2 o u

bhR15.0

Q

tđ tđ đ

T Tx

IX TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA DẦM TRONG GIAI ĐOẠN

CĂNG CỐT THÉP :

14) Xác định độ lệch tâm của nội lực cốt thép F T đối với trọng tâm

Lo





15) Xác định trường hợp tính toán :

o N N

TH u 1 '

' o 1 1

TH n

hợp 3

16a200 ) Tính duyệt nén lệch tâm :

VT = 424646114 – 25563500 = 22846144 Kg.cm = 228.46 Tm

+19001.98(114 + 18 – 4) = 58505524 Kg.cm = 585.06 Tm > VT Vậy dầm thỏa điều kiện ổn định trong giai đoạn căng cốt thép

X TÍNH ĐỘ VÕNG GIỮA DẦM DO HOẠT TẢI :

tđ b

4 c tđ

h 0.85 E I

LP384

5f

parabol (PL2 – Polivanop) có xét cả hệ số phân bố ngang

85 0

3000 45

18 430 0 384

L ]f

Chương 6

TÍNH TOÁN TRỤ CẦU

1) Kích thước mũ trụ trên mặt bằng :

Chiều rộng nhỏ nhất ( theo phương dọc cầu ) và chiều dài ( theo phương ngang cầu ) của mũ trụ được xác định như sau :

Trong đó :

1520 cm : khoảng cách nhỏ nhất từ mép thớt gối đến mép bệ kê gối

trụ

_ đối với gối cố định không nhỏ hơn 5 cm

ngang và dọc cầu ( theo QT–79 )