Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Phần : Thiết kế kỹ thuật Chơng I : Tính toán mặt cầu I Tính toán hẫng: Cấu tạo hẫng nh hình vẽ 1.1 Các loại tải trọng tác dụng lên bản: 25 - Trọng lợng thân 55 - Trọng lợng lớp phủ lan can - Hoạt tải ngời ( không 30 190 xét tới xe phần ) Ta xác định mô men, lực cắt mặt cắt -1 & -2 kiểm toán hai mặt cắt 1.2 Xác định mô men, lực cắt mặt cắt -1 - Do tĩnh tải giai đoạn ( xét cho 1m dài cầu ) M1= - ql Trong l = 1,9m Tĩnh tải : qbản = 0,25 2,5 1,1 = 0,6875 Tm Vậy M1 = - 0,6875.1,9 = -1,24 T.m Lực cắt tĩnh tải giai đoạn 1: Q1 = - 0,6875 1,9 = - 1,3 T - Do tĩnh tải giai đoạn (xét cho mét dài cầu ) + Lan can tay vịn trọng lợng rải tính toán: 0.2674 T/m + Lớp phủ bê tông mặt cầu dầy 5cm trọng lợng riêng 2,4T/m Hệ số vợt tải n =1,5 Vậy : 0,25 M2 = (1,5.0,05.1.2,4).1,9 - 0,2674.(1,9 ) = - 0,8 T.m 2 Q2 = - ( 0,05 1,9 2,4 ) 1,5 - 0,2674 = - 0,61 T - Do tải trọng ngời : q = 0,3T/m có n = 1,4 M3 = 1,4.0,3.1,5 = - 0,475 T m Q3 = - 1,4 0,3.1,5 = -0,63 T Nội lực tổng cộng mặt cắt - 1 M = M1 + M2 + M3 = - 2,515 T.m Q = Q1 + Q2 + Q3 = - 2,54 T 1.3 Xác định mô men & lực cắt mặt cắt - : - Nội lực tĩnh tải phần 1: M1 = - 0,6875.2,2 - 1,1.0,3.0,3.1/2.2,5.0,3/3 = - 1,676 T.m đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37 Lớp -55- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Q1 = - 0,6875.2,2 - 1,1.0,3.0,3/2.1.2,5 = 1,636T - Nội lực tĩnh tải giai đoạn : 0,25 M2 = - (1,5.0,05.1.2,4.).2,2 - 0,2674.(2,2 ) = - 0,99 T.m 2 Q2 = -( 1,5.0,05.2,4)2,2 - 0,2674 = - 0,6634 T - Nội lực ngời bộ: M3 = - 1,4.0,3.1,5.1.1,2 = - 0,756 T.m Q3 = - 1,4 0,3.1,5 = - 0,63 T Nội lực tổng cộng mặt cắt - ii M = -3,422( T.m ) ii Q = - 2,93 ( T ) Bảng tổng kết nội lực hẫng 1.4 Tính toán lợng cốt thép tiến hành kiểm toán: Căn vào yêu cầu cốt thép d > 10mm Số lợng cốt thép cho 1m rộng từ - 11 thanh, cầu ô tô Thờng lấy đờng kính cốt thép d = 12 - 14mm Và hẫng cầu ô tô thờng đặt cốt thép gần mép để chịu kéo mô men âm Vậy ta chọn cốt thép 14 lấy cho 1m dài , khoảng cách cốt thép 20cm tiến hành kiểm toán Công thức kiểm toán: M < Ru.b.x.( h0 - x , , ) + Rt Ft ( h0 - a ) , , Do bố trí cốt thép đơn nên Rt Ft = + chiều cao có hiệu h0= 25 - 2d = 22,2cm + chiều cao vùng bê tông chịu nén X= Rt.Ft 2400.7,697 = = 0,9cm Ru.b 205.100 Ru.b.x( h0- x ) = 205.100.0,9.( 22,2 - 0,45) = 4,01 (T m) > 3,422T.m Đạt yêu cầu - Cốt thép đợc bố trí vẽ: II Bản kê hai cạnh - Bản mặt cầu đợc đúc liền với dầm dọc dầm ngang Khoảng cách dầm dọc 7,9 m Khoảng cách dầm ngang thay đổi tuỳ vào khoang,tại khoang kề tháp khoảng cách dầm ngang 3,07 m, khoang 2,33 m, khoang lại khoảng cách 2,93 m Do để đơn giản ta xét mét mặt cầu kê dầm ngang kề ( theo sơ đồ kê hai cạch), độ tính toán 3,07 m - Chiều dày bê tông chọn 25 cm, mác bê tông dùng 300 IiI TảI trọng tác dụng đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37 Lớp -56- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải - Tải trọng tác dụng bao gồm tĩnh tải thân, tĩnh tải lớp phủ mặt cầu hoạt tải Tĩnh tải thân: gtc = 0,25 2,5 = 0,625 T/m gtt = 1,1 0,625 = 0,6875 T/m Lớp phủ mặt cầu: gtc = 0,08 2,3 = 0,184 T/m gtt = 1,5 0,184 = 0,276 T/m Mô men mặt cắt nhịp tĩnh tải thân lớp phủ là: Mtc = (0,184 + 0,625) 3,072/8 = 0,953 Tm Mtt = (0,276 + 0,6875) 3,072/8 = 1,135 Tm Qtc = (0,184 + 0,625) 3,07/2 = 1,24 T Qtt = (0,276 + 0,6875) 3,07/2 = 1,479 T Hoạt tải - Tính toán Chiều rộng tiếp xúc bánh xe với mặt cầu theo phơng chuyển động Xe H30 a2 = 0,2 a1 = a2 + 2H = 0,2 + 0,1 = 0,4 H: Chiều dày lớp phủ mặt cầu : H=10 cm Chiều rộng tiếp xúc theo phơng ngang cầu b2 = 0,6 m b1 = b2 + 2H = 0,6 + 0,1 = 0,8 (m) qH30 = qXB80 = P = = 18,75 T/m2 a1.b1 0,4.0,8 10 P = = 31,25 T/m2 a1.b1 0,4.0,8 120 a1 = 0,4 a1 = 0,4 307 Sơ đồ tính mô men H30 307 Sơ đồ tính mô men XB80 307 40 307 0.5825 80 đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37a=2 a1=1 Lớp -57- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải + Nội lực H30 Mh = nh (1 + à) Mtc Mh = 1,4.1,31.5,38 = 9,87 (T.m) Qh = nh.(1 +à)( P P y1 + y ) = 7,02 (T) ax a1 + Nội lực XB80 Mtc = 13,15(T) (với sơ đồ tính trực tiếp tính Sap2000) Mh = nh.(1 +à).Mtc = 1,1 13,15 = 14,465 Tm Qh = nh.(1 +à)( P P y1 + y ) = 8,3 (T) ax a1 Tổng hợp nội lực tĩnh tải + XB80 bất lợi M = 15,6 Tm Q = 9,78 T Mgiữa = 0,5 M = 7,8Tm ;Mgối = - 0,7 M = - 10,92 Tm IV Tính bố trí cốt thép: Chọn loại thép 16 mô men Tính cốt thép cho Fct = Mtt / 0,8 h0 Rt = 780000 / 0,8 22,2 2400 =18,3 cm2 Với h0 = h - d/2 - bv =25 - 0,7 2,1 = 22,2 cm Số cốt thép tính toán n = Ft / f = 18,3/2,01 = 9,1 Vậy ta bố trí 10 16 mm thành hàng, cách 10 cm ( bố trí thành lới ) Tính cốt thép cho chịu mô men âm Fct = Mtt / 0,8 h0 Rt = 10,92.105/ 0,8 22,2 2400 =25,6 cm2 Với h0 = h - d/2 - bv =25 - 0,7 2,1 = 22,2 cm Số cốt thép tính toán n = Ft / f = 25,6/2,01 = 12,7 Vậy ta bố trí 14 16 mm thành hàng, cách 7,14 cm bố trí thành lới Kiểm tra tiết diện chịu lực cắt Lực cắt lớn Qmax = 9,78 (T) Khả chịu lực cắt tiết diện R0k b h0 = 12,5 100 25 = 31250 kg = 31,25 (T) Nh riêng phần bê tông đủ khả chịu cắt nên không cần bố trí cốt thép xiên cốt thép đai đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37 Lớp -58- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Chơng II: Tính toán dầm ngang I Giả thuyết tính toán Các bớc tính toán dầm ngang Bớc 1: Chỉ xết dầm ngang chịu tải trọng cục bánh xe ô tô đặt gần coi dầm ngang dầm liên tục kê gối dầm chủ Bớc 2: Xét dầm ngang tham gia vào làm việc không gian toàn kết cấu nhịp theo phơng pháp gần (phơng pháp đòn bảy, phơng pháp nén lệch tâm ) Bớc 3: Cộng trị số kết tính hai bớc dùng trị số để duyệt mặt cắt dầm ngang Có phần mặt tham gia làm việc dầm ngang, lấy đoạn tham gia: c = 25 + 6.hb = 25 + 25 = 175 (cm) Tiết diện dầm ngang 380 Fng = 1,25 m2 25 25 105 30 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm ngang a Tĩnh tải + tĩnh tải lớp phủ Qlp = 0,1.(3,07.7,9 2.1,53.1,53)2,4= 4,7T Tĩnh tải rải lớp phủ qlp = 1,5 4,7/7,9 = 0,89 T/m + tĩnh tải Q = 0,25.(3,07.7,9 2.1,53.1,53)2,5= 12,23T đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37 Lớp -59- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tĩnh tải rải + Tĩnh tải dầm ngang qbản = 1,1.4,7/7,9 = 1,7 T/m qdn = 1,1 2,5 1,25 = 3,43 (T/m) Sơ đồ tính dầm ngang chịu tĩnh tải hình vẽ: Dầm chủ Phần lớp phủ tác dụng lên dầm ngang 790 Dầm ngang 307 lớp phủ trọng l ợng thân dây văng 2 M0,5 = q.l = (0,3096 + 3,953).8,05 = 34,528 (T.m) 8 Qgối = q.l = ( 0,3096 + 3,953).8,05 =17,1569 (T) 8 Mgối = Q0,5 = Nhập sơ đồ vào Sap2000 tính ta đợc giá trị: Mttt = 46,96 Tm Qttt= 23,78 T b Hoạt tải Xếp theo phơng dọc cầu (dầm ngang nhịp) áp lực từ hàng bánh xe đè lên dầm xác định theo công thức P = 0,5 Pi yi + Xe H30 y1 = y2 = 0,4788 PH30 = 0,5(6.1 + 0,4788) = 4,4364 (T) đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37 Lớp -60- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải + Xe XB80 đah theo phơng dọc cầu y1 = 1, y3 = y2 = 0,6091 y4 = 0,2182 PXB80 = 0,5(1 + 0,6091 + 0,2182) 10 = 12,182 (T) Xếp tải theo phơng ngang cầu Hình vẽ: MH30 = n.à.Piyi = 1,4.1,275.4,4364.(1,125 + 1,975 + 1,425 + 0,575) =40,4 (T.m) MXB80 = n.à.Piyi = 1,1.12,182 (0,625 + 1,975) = 34,84 (T/m) Đờng ảnh hởng Qgối Hình vẽ: QH30 = n.à.Piyi = 1,4.1,275.4,4364 (0,943 + 0,728+ 0,588+0,373) = 20,84 (T.) QXB80 = n.à.Piyi = 1,1.12,182 (0,924 + 0,58) = 20,154(T) Xác định trị số tính toán + H30 Mtt0,5 = 40,4 (T.m) đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37 Lớp -61- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Qttgối = 20,84 (T) + XB80 Mtt0,5 = 34,84(T.m) Qttgối = 20,154 (T) Bảng tổng hợp nội lực Nội lực Tĩnh tải Xe H30 Xe XB80 Trị số tính toán Mttgối (T.m) -23,48 -20,2 -17,42 -43,68 Mtt0,5 (T.m) 46,96 40,4 34,84 87,36 Qttgối (T) 23,78 20,84 20,154 44,62 Tính duyệt bố trí cốt thép Dầm ngang đợc chế tạo bê tông mác 400 cốt thép CT có gờ Các tiêu sở vật liệu Ru = 24000(T/m2) Rtv = 19000T/m2 Rt = 30000 (T/m2 ) 2.1 Tính duyệt dầm ngang chịu mô men dơng Mô men tính toán max Mttmax = 87,36 (T.m) Lấy a = 15cm > h0 = 105 -15 = 90 cm Kiểm tra vị trí trục trung hoà Mc = Ru bc hc (h0 - 0,5 hc ) Mc = 205 380 25(90 - 0,5 25) = 1509,3 (T.m) Mc> Mmax nên trục trung hoà qua cánh ta tính toán nh tiết diện chữ nhật có kích thớc 380x105(cm) Hệ số mô men tĩnh: A0= M 8736000 = Rur bc h0 205.380.90 = 0,014 A0 < Amax = 0,4 tra bảng với A = 0,014 ta tìm đợc = 0,994 = 0,011 Diện tích cốt thép cần thiết tính theo công thức A0= M 8736000 = Rt h0 3000.0,994.90 = 32,55 (cm2) Bố trí 25có tổng diện tích Ft = 44,2 cm2 2.2 Tính toán dầm ngang chịu lực cắt Kiểm tra ứng xuất kéo chủ trục trung hoà công thức kiểm tra đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37 Lớp -62- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Q R0kc b.z - R0kccờng độ tính toán chịu ứng suất kéo chủ với bê tông mác 400 R0kc = 37 kg/cm2 - Q: Lực cắt tải trọng tiêu chuẩn gây = c = - Z: cánh tay đòn nội ngẫu lực với Z= Mp R t Ft Mp: cờng độ phá hoại xác định theo công thức x ) + Rt Ft (h0 - a) x: chiều cao vùng bê tông chịu nén Công thức Mp = Ru bc x( l0 - x= RT Ft 3000.44,2 = = 1,702 Ru b 205.380 Mp = 205 380 1,702(90 Z= Mp R t Ft = 1,702 ) = 118,2 (T.m) 118,2.10 = 89,14 cm 3000.44,2 Q = 39,65 (T) Lực cắt tải trọng tiêu chuẩn gây 39650 = c = 89,14.30 = 14,83 kg/cm2 Vậy = 14,83 < R0kc = 37 (kg/cm2) Đạt Bố trí cốt đai 10mm thép CT3 đoạn l/4 lấy bớc cốt đai a = 30cm đoạn lại lấy bớc cốt đai a = 50cm 2.3 Kiểm tra ổn định chống nứt dầm ngang bề rộng vết nứt đợc xác định theo công thức an =3 R t Et Trong đó: t: ứng suất cốt thép dọc chịu kéo R: Bán kính bố trí cốt thép t2: Hệ số xét đến ảnh hởng bê tông miền chịu kéo biến dạng cốt thép, tra bảng BT mác 400, t2 = 0,5 đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37 Lớp -63- Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Giao thông Vận tải Et: Mô đun đàn hồi cốt thép 2.106 Tính toán: t = Công thức tính toán M tc Ft Z Mtc = 68,2(T.m) Z = 89,14 cm Ft = 44,2 cm2 15 68,2.10 t = = 1730,97 (kg/cm2) 89,14.44,2 10 Bán kính ảnh hởng cốt thép R R = F . n i d i Trong đó: : Hệ số xét đến phân bố cốt thép lấy =1 ni: Số có đờng kính di F: Diện tích bê tông bọc cốt thép chịu kéo Fr = 1140 (cm2) (phụ thuộc vào r = 6.d =15cm) Thay số ta có R = F . n i d i 1140 = 1.9.2,5 = 50,67cm Bề rộng vết nứt an =3 50,67 0,5 1730,97 = 0,00924cm 2.10 Vậy an = 0,00924 cm < [a] = 0,02cm > Đạt yêu cầu đỗ thuỷ trung Cầu- Đờng K 37 Lớp -64-