- Đồ áN TốT NGHIệP - Thiết kế kỹ thuật Trờng Đại học giao thông vận tải Khoa công trình môn cầu hầm =========== đề tài tính toán & thiết kế cầu dầm btct dl GIáO VIêN Hớng DẫN : NGUYễN VăN VĩNH Giáo viên đọc duyệt : Nguyễn Hữu thuấn Sinh viên thực : phạm việt phơng Lớp : Cầu - Đờng b k41 tc - phạm việt phơng - Lớp cầu đờng b k41 -tc - Đồ áN TốT NGHIệP - Thiết kế kỹ thuật Lời nói đầu * * * Sau thời gian học tập trờng ĐHGTVT nỗ lực thân với bảo dạy dỗ tận tình thầy cô trờng ĐHGTVT nói chung thầy cô Khoa Công trình nói riêng, em đà tích luỹ đợc nhiều kiến thức bổ ích, trang bị cho thân trở thành kỹ s Đồ án tốt nghiệp kết cố gắng suốt thời gian học tập tìm hiểu kiến thức trờng, đánh giá tổng kết công tác học tập, tìm tòi sáng tạo suốt thời gian học tập sinh viên Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em đà đợc giúp đỡ nhiệt tình thầy, cô giáo môn Cầu Hầm, đặc biệt giúp đỡ trực tiếp thầy : Thầy Nguyễn Văn Vĩnh Với thời gian tiến hành làm Đồ án trình độ lý thuyết nh kinh nghiệm thực tế hạn chế nên Đồ án tốt nghiệp chắn không tránh khỏi thiếu sót Em xin kính mong thầy cô Bộ môn bảo để em hoàn thiện Đồ án nh kiến thức chuyên môn Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 01 năm 2010 Sinh viên thực Phạm Việt Phơng - phạm việt phơng - Lớp cầu đờng b k41 -tc - Đồ ¸N TèT NGHIÖP - ThiÕt kÕ kü thuËt NHËn xÐt giáo viên hớng dẫn Hµ Nội, ngày tháng năm 2010 Giáo viên hớng dẫn Nguyễn Văn Vĩnh - phạm việt phơng - Lớp cầu đờng b k41 -tc - Đồ áN TốT NGHIƯP - ThiÕt kÕ kü tht NHËn xÐt cđa gi¸o viên đọc duyệt Hà Nội , ngày .tháng năm 2010 Giáo viên đọc duyệt Nguyễn Hữu Thuấn Mục lục - phạm việt phơng - Lớp cầu đờng b k41 -tc - Đồ áN TốT NGHIệP - Thiết kế kỹ thuật Phần I 13 ThiÕt kÕ s¬ bé 13 1.1 giíi thiƯu ph¬ng ¸n 14 1.1.1 Tiªu chuÈn thiÕt kÕ: 22TCN 272 – 05 .14 1.1.2.§iỊu kiƯn tù nhiên vị trí xây dựng câu 14 a §iỊu kiƯn vỊ ®Þa chÊt 14 b §iỊu kiƯn vỊ thủy văn 14 1.1.3 Sơ đồ kết cấu 15 a Kết cấu phần .15 b KÕt cÊu phÇn díi 15 1.2 sè liƯu tÝnh to¸n .15 1.2.1 Khỉ cÇu 15 1.2.1 Khỉ th«ng thun 15 1.2.2 T¶i träng thiÕt kÕ 15 1.2.3 Quy m« thiÕt kÕ .15 1.2.4 TÇn st lị thiÕt kÕ: P = 1% 15 1.2.5 VËt liƯu sư dơng 15 a Bê tông .15 b Cèt thÐp 16 1.3 c¸c hƯ sè tÝnh to¸n 16 1.3.1 HƯ sè t¶i träng .16 1.3.2 HÖ sè xung kÝch: 1+IM = 1,25 (ChØ tÝnh với xe tải xe trục thiết kế ) 16 1.3.3 HƯ sè lµn: .16 1.4 kích thớc cấu tạo dầm chủ 17 1.4.1 Chiều dài nhịp: .17 1.4.2 Chiều dài nhịp tính toán : 17 1.4.3 Chän sè dÇm chđ: 17 1.4.4 Khoảng cách dầm chủ: 17 1.4.5 CÊu tạo dầm chủ: 17 1.4.6.Xác địnhbề rộng cánh có hiệu 18 a Đối với dầm giữa: .18 b Đối với dầm biên: 18 1.4.7 Cấu tạo dầm ngang 19 1.4.8 Cấu tạo chân lan can .19 1.4.9 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cÇu 19 1.5 Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ 20 1.5.1 Tĩnh tải giai đoạn I 20 a Tĩnh tải trọng lợng thân dầm chủ 20 b.Tĩnh tải trọng lợng thân dầm ngang gây 20 c Trọng lợng mối nối phần cánh T : 21 d.Tĩnh tải chân lan can: 21 1.5.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn II (DW) 21 1.6 xác định hệ số phân bố ngang .21 1.6.1 Tính hệ số phân bố ngang dầm biên 21 1.6.2 Tính hệ số phân bố ngang đối víi dÇm 22 1.6.3 Tính hệ số phân bô ngang đối víi t¶I träng HL_93 22 a TÝnh tham sè ®é cøng däc 22 b Hệ số phân bố ngang tính cho mô men: 23 c tÝnh hƯ sè ph©n bè ngang tÝnh cho lùc c¾t: 24 - phạm việt phơng Lớp cầu đờng b k41 -tc - Đồ áN TốT NGHIệP - Thiết kế kỹ thuật 1.6.4 Tổng hợp hệ số phân bố ngang tai mặt cắt .24 a Hệ số phân bố ngang dầm biên 24 b.Hệ số phân bố ngang dÇm 24 1.6.5 Xác định hệ số phân bố ngang tÝnh to¸n .24 1.7 TÍNH TỐN Néi lùc .25 1.7.1 Mặt cắt tính toán 25 1.7.2 Vẽ đờng ảnh hởng nội lực .25 a.Vẽ đờng ảnh hởng momen: .25 b §êng ¶nh hëng lùc c¾t .26 cTÝnh diÖn tÝch ®êng ¶nh hëng .26 1.7.3 Xác định nội lực mặt cắt .26 a TÝnh néi lùc tÜnh t¶i .26 b TÝnh néi lùc tảI trọng tảI trọng ngời .27 c TÝnh néi lùc xe tải xe hai trục thiết kế 27 1.7.4 Tæng hợp nôị lực 30 1.8 TÝnh to¸n bố trí cốt thép cho dầm chủ 31 1.8.1 Xác định đặc trng hình học mặt cắt nhịp .31 1.8.2 TÝnh sè bâ cèt thÐp cÇn bè trÝ 32 VËy chän sè bã c¸p n = bã Aps = 4900 mm2 33 1.8.3 Bố trí cốpt thép mặt cắt dầm 33 a Bố trí mặt phẳng đứng .33 b bố trí cáp mặt phẳng đứng dầm: 34 c Bố trí cốt thép DƯL mặt dÇm 36 1.9 kiểm toán sức kháng uốn dầm theo TTGH cêng ®é 38 1.9.1 Xác định vị trí trục trung hoà mặt cắt .38 1.9.2 Kiểm toán khả chịu uốn .40 1.10.TÝnh to¸n mè .40 1.10.1 CÊu t¹o mè: 40 1.10.2 Các tải trọng tác dụng: 42 a Tĩnh tải kết cấu nhịp 42 b TÜnh t¶i mè 43 c Hoạt tải (LL,IM) 43 d.T¶i träng ngêi(PL) .44 e.áp lực đất thẳng đứng 44 f Tổ hợp tải trọng mặt cắt đáy móng 44 1.10.3 Tính toán sức chịu tải cña cäc 45 a Tính toán sức chịu tải cäc theo vËt liÖu .45 b) Tính toán sức chịu tải cäc theo ®Êt nỊn: 45 c TÝnh to¸n sè cäc mãng 46 2.1 giới thiệu phơng án 48 2.1.1 Tiªu chuÈn thiÕt kÕ: 22TCN 272 – 05 .48 2.1.2.Điều kiện tự nhiên vị trí xây dựng c©u 48 a Điều kiện địa chất 48 b Điều kiện thủy văn 48 2.1.3 Sơ đồ kết cấu 48 a Kết cấu phần .48 b KÕt cÊu phÇn díi 48 2.2 sè liÖu tÝnh to¸n .48 2.2.1 Khỉ cÇu 48 - ph¹m việt phơng - Lớp cầu đờng b k41 -tc - Đồ áN TốT NGHIệP - Thiết kế kỹ tht 2.2.2 Khỉ th«ng thun 49 2.2.3 T¶i träng thiÕt kÕ 49 2.2.4 Quy m« thiÕt kÕ .49 2.2.5 TÇn suÊt lò thiÕt kÕ: P = 1% 49 2.2.6 VËt liƯu sư dơng 49 a Bê tông .49 b ThÐp 49 c TÝnh chÊt vËt liÖu chế tạo dầm 50 2.3 c¸c hƯ sè tÝnh to¸n 50 2.3.1 HƯ sè t¶i träng .50 2.3.2 HÖ sè xung kÝch: 1+IM = 1,25 (ChØ tÝnh víi xe t¶i vµ xe trơc thiÕt kÕ ) 50 2.3.3 HƯ sè lµn: .50 2.4 Kích thớc dầm chủ .51 2.4.1.Chiều dài tính toán KCN 51 2.4.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang .51 2.4.3 CÊu tạo dầm chủ 51 2.4.4 CÊu t¹o hƯ liªn kÕt 51 a CÊu t¹o hệ liên kết ngang gối 51 b CÊu t¹o hƯ liªn kÕt ngang trung gian .52 2.4.5.Cấu tạo sờn tăng cêng .53 2.4.6 Cấu tạo hệ liên kết däc cÇu 53 2.4.6 Cấu tạo bê tông mặt cầu 53 2.4.3.Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cÇu 54 2.5 xác định đặc trng hình học mặt cắt giai đoạn I 54 2.6 x¸c định đặc trng hình học mặt cắt giai đoạn II .56 2.6.1 Mặt cắt tính toán 56 2.6.2 Xác định bề rộng tính toán bê tông 57 2.6.3 Xác định hệ số quy đổi từ bê tông sang thép 58 2.6.4 Xác định ĐTHH mặt cắt liên hợp ngắn hạn 58 3.3.5 Xác định ĐTHH mặt cắt liên hợp dài hạn (Long-term section) .61 3.3.6 Kết ĐTHH mặt cắt dầm chủ giai ®o¹n II 61 2.7 Xác định tỉnh tÃi tác dụng lên KCN .63 2.7.1 Xác định tỉnh tÃi Giai đoạn I 63 2.8 xác định hệ số phân bố ngang 65 2.8.1 TÝnh hƯ sè ph©n bè ngang với dầm biên .65 2.8.2 TÝnh hƯ sè ph©n bè ngang víi dÇm 66 2.8.3 Tính hệ số PBN tảI träng HL_ 66 a.TÝnh tham sè ®é cøng däc : .66 b TÝnh hƯ sè ph©n bè ngang momen 67 c Tính hệ số phân bố ngang lực cắt:: 67 2.8.4 Tổng hợp hệ số phân bố ngang mặt cắ .68 a.Hệ số phân bố ngang dầm biên .68 b Hệ số phân bố ngang dầm giữa.( dầm trong) 68 2.8.5 Hệ số phân bố ngang tính toán 68 2.9 TÝnh to¸n néi lùc .69 2.9.1 Các mặt cắt tính toán nội lực 69 2.9.2.Vẽ đờng ảnh hởng nội lực 69 - ph¹m việt phơng - Lớp cầu đờng b k41 -tc - Đồ áN TốT NGHIệP - Thiết kế kỹ thuật a Vẽ đờng ảnh hởng momen: 69 b Đờng ảnh hởng lực cắt .69 c TÝnh diện tích đờng ảnh hởng 70 2.9.3 Xác định nội lực mặt cắt 70 a TÝnh néi lùc tÜnh t¶I .70 b TÝnh néi lực tảI trọng tảI trọng ngời 70 2.9.4 TÝnh nội lực xe tảI thiết kế (Truck) xe trôc thiÕt kÕ ( Tandem) 71 2.9.5 Tỉng hỵp néi lùc 74 2.10 Kiểm toán dầm chủ theo trạng tháI giới hạn 74 2.10.1 Kiểm toán dầm chủ theo trạng tháI giới hạn cờng độ I .74 a.Kiểm toán khả chịu uốn dầm .74 b X¸c định momen dẻo Mp 77 2.10.2 Søc kh¸ng uốn mặt cắt liên hợp đặc .78 a Xác định sức kháng uốn danh định 78 b Xác định sức kháng uèn tÝnh to¸n 78 c Kiểm toán khả chịu lực dầm .79 2.10.3 Kiểm toán sức kháng cắt cđa dÇm chđ 79 a Xác định hệ số C .79 b Tính hƯ sè K 79 2.10.4 Sức kháng cắt dầm chủ 80 a.Điều kiện tính toán 80 b Sức kháng cắt mảnh sờn dầm phía 80 2.10.5 Kiểm toán khả chịu cắt dầm 81 3.1.Phơng án I: Cầu dầm BTCT DƯL L = 33m 82 3.1.1.Ưu điểm 82 3.1.2.Nhỵc ®iÓm 82 3.2.Phơng án II: Cầu dầm liên hợp thép - BTCT L = 33m 82 3.2.1.Ưu điểm 82 3.2.2.Nhợc điểm 82 3.3 KÕt luËn - lựa chọn phơng án 83 PhÇn II 83 ThiÕt kÕ kü thuËt 83 4.1 kích thớc cấu tạo dầm chủ 84 4.1.1 Chiều dài nhịp: .84 4.1.2 Chiều dài nhịp tính toán: 84 4.1.3 Chän sè dÇm chđ: 84 4.1.4 Khoảng cách dầm chủ: 84 4.1.5 CÊu tạo dầm chủ: 84 4.1.6 CÊu t¹o bê tông mặt cầu: 86 4.1.7 CÊu t¹o lớp phủ mặt cầu 86 4.1.8 Xác địnhbề rộng cánh có hiệu 86 a.Xác định b1: Lấy nhỏ giá trị sau 86 b.Xác định b2 :Lấy nhỏ giá trị 87 4.1.9 Cấu tạo dầm ngang 87 4.1.10 Cấu tạo chân lan can 87 4.1.10 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu 88 4.2 Xác định tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ 88 4.2.1 Tĩnh tải giai đoạn I 88 a Tĩnh tải trọng lợng thân dầm chủ 88 - phạm việt phơng Lớp cầu đờng b k41 -tc - Đồ áN TốT NGHIƯP - ThiÕt kÕ kü tht b.TÜnh t¶i träng lợng thân dầm ngang gây 88 c Träng lỵng mèi nèi phần cánh T : 89 d.Tĩnh tải chân lan can: 89 4.2.2 Xác định tĩnh tải giai ®o¹n II (DW) 89 4.3 xác định hệ số phân bố ngang .89 4.3.1 TÝnh hƯ sè ph©n bố ngang dầm biên 89 4.3.2 TÝnh hƯ sè ph©n bố ngang dầm 90 4.3.3.TÝnh hƯ sè ph©n bè ngang tảI trọng HL_93 .90 a TÝnh tham sè ®é cøng däc 90 b TÝnh hƯ sè ph©n bè ngang m« men 91 c TÝnh hƯ sè ph©n bè ngang tÝnh cho lùc c¾t 91 4.3.4 Tổng hợp hệ số phân bố ngang mặt cắt 92 a HƯ sè ph©n bè ngang tính cho dầm biên 92 b HƯ sè ph©n bè ngang tính cho dầm 92 4.3.5 Xác định hệ số phân bè ngang tÝnh to¸n .92 4.4 TÍnh to¸n néi lùc .93 4.4.1 Mặt cắt tính toán 93 4.4.2 Vẽ đờng ảnh hởng nội lùc 93 a.Vẽ đờng ảnh hởng mô men : 93 b Đờng ảnh hởng lực cắt .94 c Tính diện tích đuờng ảnh hởng 94 4.4.3 Xác định nội lực mặt cắt .94 a TÝnh néi lùc tÜnh t¶i .94 b Tính nội lực tảI trọng tải träng ngêi 95 c tÝnh néi lùc xe t¶I thiÕt kÕ vµ xe hai trơc thiÕt kÕ 96 4.4.4 Tỉng hỵp néi lùc 101 4.5 Tính toán bố trí cốt thép cho dầm chủ 102 4.5.1 Xác định đặc trng hình học mặt cắt nhịp .102 4.5.2 TÝnh sè bã cèt thÐp cÇn bè trÝ .104 4.5.3 Bè trÝ cèt thÐp trªn mặt cắt dầm 104 a Bố trí mặt phẳng ®øng 104 b bố trí cáp mặt phẳng ®øng cđa dÇm: .105 c Bố trí cốt thép DƯL mặt b»ng cđa dÇm 107 4.6 kiểm toán sức kháng uốn dầm theo TTGH cêng ®é 109 4.6.1 Xác định vị trí trục trung hoà mặt cắt 109 4.6.2 Kiểm toán khả chÞu uèn .111 4.7 ĐTHH mặt cắt 111 4.7.1 ĐTHH mặt cắt giai đoạn I 111 4.7.2 ĐTHH mặt cắt giai ®o¹n II 113 4.8 TÝnh c¸c mÊt m¸t øng suÊt cèt thÐp D¦L .115 4.8.1.Tỉng mÊt m¸t øng suÊt 115 4.8.2 MÊt m¸t ma s¸t (Theo 5.9.5.2.2b) 115 a Tại mặt cắt gối 115 b Tại mặt cắt cách gối ®o¹n x = 1.2m 116 c Tại mặt cắt L/4 116 d Tại mặt cắt L/3 .116 e Tại mặt cắt nhịp 116 4.8.3 Mất mát thiết bị neo (Theo 5.9.5.2) .117 - phạm việt phơng Lớp cầu đờng b k41 -tc - Đồ áN TốT NGHIệP - Thiết kế kỹ thuật 4.8.4 Mất mát co ngắn đàn hồi cña thÐp (Theo 5.9.5.2.3b) 117 4.8.5 MÊt m¸t co ngãt (Shrinkage) (5.9.5.4.2) 118 4.8.6 MÊt m¸t tõ biÕn (Creep) (5.9.5.4.3) .118 4.8.7 MÊt m¸t tù trïng cđa cèt thÐp D¦L (5.9.5.4.4) .118 4.9 Xác định ứng suất dầm Bêtông DƯL gây 120 4.9.1.Giả thiết tính toán 120 4.9.2 Tính ứng suất bêtông DƯL gây 120 a Công thức tính toán 120 b ứng suất DƯL gây dầm .121 4.10.Kiểm tra Độ bền chống nứt dầm theo điều kiện øng suÊt ph¸p 123 4.10.1 Giả thiết tính toán .123 4.10.2 KiĨm to¸n .124 (KiĨm to¸n ứng suất bêtông thớ dới giai đoạn khai thác) 124 a Nguyên tắc kiểm to¸n 124 b Néi dung kiĨm to¸n 124 4.10.3 KiĨm to¸n .125 (Kiểm toán ứng suất bêtông thớ giai đoạn khai thác) .125 a Nguyên tắc kiểm toán 125 b Néi dung kiÓm to¸n 125 4.10.4 KiĨm to¸n .126 (Kiểm toán ứng suất bêtông thớ giai đoạn chế tạo) 126 a Nguyên tắc kiểm toán 126 b Néi dung kiĨm to¸n 127 4.10.5 KiÓm to¸n 127 (KiĨm to¸n øng suất bêtông thớ dới giai đoạn chế tạo) 127 a Nguyên tắc kiểm toán 127 b Néi dung kiĨm to¸n 127 4.11 KiĨm tra ®é theo TTGH sư dơng (§iỊu 6.10.5) 128 4.11.1 Nguyên tắc kiểm tra 128 4.11.2 Công thức kiểm toán 128 4.11.3 Xác định độ võng hoạt tải 129 5.1 Cấu tạo mặt cầu 131 5.2 Xác định nội lực mặt cầu 131 5.2.1.DiƯn tÝch tiÕp xóc cđa b¸nh xe .131 5.2.2 Chiều dài tính toán 131 5.2.3 Bề rộng tính toán dảI .132 5.3 Tính tóan nội lực phần cánh hẫng .132 5.3.1 Sơ đồ tính toán .132 5.3.2 TảI trọng tác dụng : .132 a TÜnh tảI thân .132 b TÜnh t¶I lớp phủ mặt cầu 133 c TÜnh t¶I phần chân lan can 133 5.4 Xác định nội lùc d©m 133 5.4.1 Néi lực chịu mômen dơng 133 b Khi tÝnh m« men ©m .135 - phạm việt phơng - 10 Lớp cầu đờng b k41 -tc ... (m) 1.2.2 T? ??i trọng thi? ?t kế - T? ??i trọng HL93: + T? ?? hợp HL93K: T? ?? hợp xe t? ??i thi? ?t kế (truck) + T? ??i trọng (lane) + T? ?? hợp HL93M: T? ?? hợp xe trục thi? ?t kế (Tandem) + T? ??i trọng (Lane) - T? ??i trọng ngời... lên dầm chủ 1.5.1 T? ?nh t? ??i giai đoạn I a T? ?nh t? ??i trọng lợng thân dầm chủ - Diện t? ?ch ti? ?t diện nguyªn 1 A = b t * t t + 2 .t ht bht + bb t b + 2 .t bt bbt + (Hb − t t − t b ) .t w 2 1 A = 1800 *... m? ?t c? ?t quan trọng phục cho việc t? ?nh duy? ?t dầm chủ: + M? ?t c? ?t có mơ men lớn nh? ?t: m? ?t c? ?t nhịp: L/2 + M? ?t c? ?t có lực c? ?t lớn nh? ?t: m? ?t c? ?t gối Các m? ?t c? ?t tính t? ??n nội lực - Bảng toạ độ mặt