2 tinh toan BMC

T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình Chơng IV Tính toán mặt cầu Cấu tạo mặt cầu 1.1 Sơ đồ tính toán mặt cầu - Bản dài 12.5m, phần mút thừa dài 3.1m 1.2 Cấu tạo lớp áo đờng - Lớp phủ mặt cầu: + Bê tông asphalt : dày 5cm trọng lợng riêng 22.5 kN/m + Bê tông bảo hộ : dày 4cm trọng lợng riêng 24 kN/m + Lớp phòng nớc: dày 1cm trọng lợng riêng 15 kN/m + Lớp bêtông mui luyện: dày 1.5cm trọng lợng riêng 24 kN/m Sinh viên: Tạ Công Luân 43 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình Lớp phủ mặt cầu Chiều dày (cm) Lớp bêtông Atphan Lớp bêtông bảo vệ Lớp phòng nớc Lớp bêtông mui luyện dày Trọng lợng lớp phủ mặt cầu: (kN/m3) DW (kN/m2) 22.5 24 15 24 1.125 0.96 0.15 0.36 2.595 1.5 DCmc = - Lan can tay vịn: Trọng lợng dải phần chân lan can DWThép = Trọng lợng dải lan can tay vịn DWbệ đỡ = 0.5 kN/m 7.32 kN/m DWtcLC = 7.82 kN/m Nguyên tắc tính toán - Sử dụng phơng pháp phân tích gần để thiết kế mặt BTCT cầu dầm hộp đổ chỗ đúc liền khối (Điều 4.6.2.1.6 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05) - Khi tính toán hiệu ứng tải bản, cho phép phân tích dải rộng 1m theo chiều dọc cầu Mô hình hoá sơ đồ làm việc kết cấu nh dầm liên tục, với sờn dầm hộp gối đợc giả thiết có độ cứng tuyệt đối - Do mặt cầu làm việc theo phơng ngang, xét m bề rộng mặt cầu theo phơng dọc - Nhịp phía xét mô hình tính toán sơ đồ hai đầu ngàm - Nhịp phía hẫng xét mô hình tính toán ngàm đầu - Các tải trọng tác dụng lên kết cấu : + Lan can: DClc + Trọng lợng thân bản: DC + Trọng lợng lớp mặt đờng: DWmc + Tải trọng ngời: PL + Tải trọng xe: LL + Lực xung kích: IM, lấy 25%CLL - Tính toán hiệu ứng tải tổ hợp nh điều 3.4.1-1 quy trình 22 TCN 272-05, gồm hai tổ hợp tải trọng nguy hiểm tổ hợp tải trọng cờng độ tổ hợp tải trọng Sinh viên: Tạ Công Luân 44 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình theo trạng thái giới hạn sử dụng Sử dụng nội lực để tính toán kiểm tra tiết diện Tính toán mômen mặt cầu Chiều dài nhịp tính toán mặt cầu đợc xác định nh sau: + Với nhịp phía bên lấy nhịp tính toán bằng: 7.50m + Với cánh hẫng nhịp tính toán bằng: 3.50m 3.1 Tính toán moment phần hẫng - Trọng lợng 1m mặt cầu: DC = 25.3*(0.6+0.25)*0.5*1 = 10.75 kN/m - Trọng lợng 1m lớp phủ mặt cầu: DW = 0.05*1*22.5 + 0.04*1*24 + 0.01*1*15 + 0.015*1*24 = 2.595 (kN/m) - Trọng lợng lan can: DC3 = 1.80kN - Tác động ngời coi lực tập trung đặt tim ngời đi: PL = 3*3*1 = 9kN - Tác động hoạt tải: Khi thiết kế vị trí ngang của xe đợc bố trí cho hiệu ứng lực dải phân tích đạt giá trị lớn Vị trí trọng tâm bánh xe đặt cách đá vỉa 300mm thiết kế hẩng 600mm thiết kế phận khác Bề rộng dải tơng đơng: E = 1140 + 0.833*2700 = 3389.1mm Khi tính toán hiệu ứng tải, tải trọng bánh xe đợc mô hình hoá nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp chiều dài diện tích tiếp xúc bánh xe cộng với chiều dày mặt cầu nh đợc xác định dới nh tải trọng phân bố đặt trọng tâm bánh xe phân bố dọc theo chiều dài dải tơng đơng đợc tính nh Khi tính toán giá trị b phần hẫng đồ án này, bánh xe HL93 nằm cánh hẫng nên có giá trị b khác cho bánh xe Do tính toán ta lấy b giá trị trung bình Diện tích tiếp xúc bánh xe với mặt đờng đợc quy ớc nh điều 3.6.1.2.5 phải đợc coi hình chữ nhật có chiều rộng 510mm chiều dài : Sinh viên: Tạ Công Luân 45 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình IM L = 2.28x10-3 + P 100 P: Tải trọng bánh xe, P = 72.5 KN (cho xe tải) P = 55 kN (cho xe hai trục) IM: Hệ số xung kích, IM = 33%LL : Hệ số tải trọng (lấy với trạng thái giới hạn cờng độ I), = 1.75 L = 384.7 (mm) Vậy diện tích tiếp xúc lốp xe 510ì384.7mm => LL = P 72.5 = = 22.88 kN/m (b + h f ) E (0.51 + 0.425) *3.3891 - Tính toán nội lực theo công thức 1.3.2.1-1 tiêu chuẩn 22 TCN 272-05: Mfactored = i i Qi Trong đó: i: hệ số tải trọng Qi: ứng lực i: hệ số có liên quan đến tính dẻo, tính d tầm quan trọng khai thác i = D R I Khi tính toán với trạng thái giới hạn cờng độ: + D = thiết kế thông thờng + R = thiết kế mặt cầu với mức d thông thờng + l = 1.05 cầu đợc thiết kế quan trọng Vậy = 1.05 Khi tính toán với trạng thái giới hạn sử dụng: + D = thiết kế thông thờng + R = thiết kế mặt cầu với mức d thông thờng + l = cầu đợc thiết kế quan trọng Vậy = - Sử dụng Midas ta có moment mặt cắt ngàm TTGH1: Sinh viên: Tạ Công Luân 46 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình - Moment mặt cắt ngàm: + TTGH1 : Mu = 1*348.5 = 348.5 kN.m + TTGHSD: Mu = 1*221.9 = 221.9 kN.m - Lực cắt mặt cắt ngàm: + TTGH1 : Vu = 1*208.8 = 208.8 kN.m + TTGHSD: Vu = 1*131.9 = 131.9 kN.m 3.2 Tính toán moment phần phía - Trọng lợng 1m mặt cầu: DC = 25.3*(0.25)*1 = 3.325 kN/m - Trọng lợng 1m lớp phủ mặt cầu: DW = 0.05*1*22.5 + 0.04*1*24 + 0.01*1*15 + 0.015*1*24 = 2.595 (kN/m) - Bề rộng dải tơng đơng: + Tính cho moment dơng (giữa nhịp): E = 660 + 0.55*7500 = 4785mm => LL = P 72.5 = = 19.57 kN/m (b + h f ) E (0.51 + 0.25) * 4.875 + Tính cho moment âm (trên gối): E = 1220 + 0.25*7500 = 3095mm - Sử dụng chơng trình MIDAS ta có moment gối nhịp nh sau: + gối TTGHCĐ 1: Sinh viên: Tạ Công Luân 47 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình + nhịp TTGHCDD 1: * Do ta có: - Mômen gối: + Mu = 1*241.8 = 241.8 kNm (TTGHCĐ 1) + Mu = 1*154.3 = 154.3 kNm (TTGHSD) - Moment nhịp: + Mu = 1*120.9 = 120.9 kNm (TTGHCĐ 1) + Mu = 1*77.1 = 77.1 kNm (TTGHSD) - Lực cắt gối: + Vu = 1*193.4 = 193.4 kNm (TTGHCĐ 1) + Vu = 1*123.4 = 123.4 kNm (TTGHSD) Thiết kế cốt thép cho mặt cầu 4.1 Vật liệu chế tạo mặt cầu 4.1.1 Bê tông chế tạo mặt cầu Sử dụng loại bê tông chế tạo dầm chủ có tiêu lý sau: Tên đại lợng Ký hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lợng riêng bê tông Mô đuyn đàn hồi bê tông Cờng độ chịu nén bê tông Cờng độ chịu nén bê tông lúc bắt đầu tạo ứng suất trớc bt Ec fc ' 24.5 36872.5 50 KN/m3 Mpa Mpa fci' 45 Mpa 0.7 4.45 Mpa Hệ số quy đổi hình khối ứng suất Cờng độ chịu kéo uốn Sinh viên: Tạ Công Luân fr 48 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình 4.1.2 Cốt thép DUL chế tạo mặt cầu Sử dụng loại cáp cờng độ cao, loại bó xoắn tao hãng VSL có tiêu sau: Tên đại lợng Ký hiệu Giá trị Đơn vị d Atao fpy fpu Es m 15.2 1.387 1674 1860 197000 0.2 mm cm2 Mpa Mpa Mpa 1488 6.60E-07 Mpa mm-1 cm 420 200000 26 20 Mpa Mpa mm cm Đờng kính danh định tao Diện tích mặt cắt tao Giới hạn chảy thép Giới hạn bền thép Môđuyn đàn hồi thép Hệ số ma sát thành ống ghen ứng suất thép kích fPJ Hệ số ma sát lắc/1 mômen bó cáp K Chiều dài tụt neo DL Sử dụng loại neo chuyên dụng hãng VSL Cốt thép thờng chế tạo BMC Cốt thép tròn trơn AIII Giới hạn chảy thép fy Môđuyn đàn hồi thép Et Đờng kính thép D Số thép sử dụng n Khoảng cách thép a 4.2 Bố trí cốt thép mặt cầu 4.2.1 Bố trí cốt thép chịu mô men mặt cầu * Từ bảng kết tổ hợp moment ta chọn đợc cặp moment cực trị để thiết kế cốt thép cho phía trong: M- = Mgối = 241.8 (KNm) M+ = Mgiữa nhịp = 120.9 (KNm) * Các công thức tính toán bố trí cốt thép - Mặt cắt mặt cầu mặt cắt chữ nhật ta dùng công thức mặt cắt chữ nhật để tính toán kiểm duyệt khả chịu lực mặt cắt - Công thức xác định lợng thép DƯL cần thiết Aps = As' f y + 0.851 f c'ba As f y Sinh viên: Tạ Công Luân f ps 49 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình - Các công thức tính duyệt + Công thức xác định chiều cao vùng chịu nén c= Aps f pu + As f y As' f y f 0.85 f c' 1b + kAps pu dp + Công thức tính mômen kháng uốn danh định mặt cắt a a a M n = Aps f ps d p + As f y d s As' f y d s' 2 + Công thức tính sức kháng uốn tính toán mặt cắt Mr =.Mn Trong : + Aps : Diện tích cốt thép DUL + dp : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL + f'c : Cờng độ bê tông tuổi 28 ngày, f'c = 50 Mpa + j : Hệ số sức kháng, lấy 1,0 cấu kiện chịu uốn + b : Bề rộng tính toán mặt cắt + b : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, b = 0.7 theo A.5.7.2.2 + fpu : Cờng độ chịu kéo quy định thép DUL, fpu = 1860 MPa + fpy : Giới hạn chy thép DUL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa + c : Khảong cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà với gỉa thiết thép DUL bị chảy dẻo + a = c b : Chiều dày khối ứng suất tơng đơng + fps : ứng suất trung bình cốt thép DUL sức kháng uốn danh định tính theo công thức 5.7.3.1.1-1 c f ps = f pu k dp f k = 1.04 py f pu Với : - Hàm lợng thép DƯL thép thờng phải đợc giới hạn cho : c 0.42 de Với de = Aps f ps d p + As f y d s Aps f ps + As f y * Bảng bố trí cốt thép tính duyệt khả chịu lực mặt cắt Sinh viên: Tạ Công Luân 50 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình Mu atp dp nt nl as ats 120.9 KN.m cm 20 cm 26 mm lới 20 cm cm ds As ' nt' nl' as' ats' ds' 20 cm As' 26.546 cm2 nbo 12 mm aps Apsbo lới c 20 cm a cm fps cm Mn 5.655 cm2 bó 0.00 cm cm2 2.423 cm 1.696 cm 1774.38 Mpa 167.30 KN.m + : Hệ số sức kháng, lấy 1.0 cấu kiện chịu uốn = * Vậy sức kháng uốn tính toán : Mr = .Mn = 167.30 kN.m - Kiểm toán khả chịu uốn nhịp : Mr > Mu => đạt - Kiểm toán hàm lợng cốt thép tối đa : c/de = 0.1211 => đạt => Nh cần bố trí cốt thép thờng mặt cầu đủ khả chịu lực mà không cần phải bố trí cốt thép DUL 4.2.2 Bố trí cốt thép chịu lực cắt mặt cầu - Công thức kiểm toán: Vu Vn Trong : + : Hệ số sức kháng cắt đợc xác định theo bảng A.5.5.2.2-1 + Vn : Sức kháng cắt danh định đợc xác định theo điều A.5.8.3.2 Vn1 = Vc + Vs + V p Vn = ' Vn = 0.25 f c bv d v + V p Vc = 0.083 f c' bv d v ; Vs = Av f y d v ( cot g + cot g ) sin s ; V p = Astr f p sin i i =1 + dv: Chiều cao chịu cắt có hiệu đợc xác định theo điều A.5.8.27 Lấy dv = 0,72.h (h : Chiều cao mặt cầu); dv = 18cm + bv: Bề rộng bụng có hiệu, Lấy bề rộng lớn chiều cao dv Do ta lấy bv bề rộng mặt cầu bv = 100cm + s: Cự ly cốt thép ngang Sinh viên: Tạ Công Luân 51 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình Nếu Vu 0,1.fc.bv.dv : s 0,8.dv 600mm Nếu Vu 0,1.fc.bv.dv : s 0,4.dv 300mm + b: Hệ số khả bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo đợc quy định theo điều A.5.8.3.4 = + : Góc nghiêng ứng suất nén chéo đợc xác định điều A.5.8.3.4; = 45 độ + a : Góc nghiêng cốt thép đai trục dọc (độ) Nếu bố trí cốt thép đai thẳng đứng = 90độ + Av: Diện tích cốt thép chịu cắt phạm vi s (mm2) Lợng cốt thép ngang tối thiểu Av = 0.083 f c' bv s = 4.423004 cm2 fy + Vp: Thành phần ứng suất trớc có hiệu hớng lực cắt tác dụng, dơng ngợc chiều lực cắt (N) Với kết cấu BTCT thờng: Vp = - Bố trí cốt thép kiểm toán nội lực Vu KN 188.4 bv m dv m 0.18 n Avbt cm2 mm 0,5(Vc+Vp) KN 95.0776 Vc KN Vs KN 0,1.fc.bv.dv KN 900 Vn KN Vr KN Sbt cm 26 Kiểm toán đạt 20 0.00 211.28 211.28 190.16 - Nh không cần bố trí cốt thép ngang chịu lực cắt mặt cầu đảm bảo khả chịu lực Tuy nhiên thi công ngời ta thờng bố trí thêm cốt thép cấutạo nhằm tăng cờng khả chịu lực ổn định cho kết cấu - Vậy cốt thép mặt cắt đợc bố trí nh kết cấu chịu uốn 4.2.3Kiểm toán khả chống nứt mặt cầu - Các quy định việc khống chế vết nứt mặt cầu phải đợc thoả mãn điều kiện dới trừ mặt cầu đợc thiết kế theo điều A.9.7.2 (Thiết kế theo kinh nghiệm) Sinh viên: Tạ Công Luân 52 Lớp Cầu Đờng Anh B44 T Trờng ĐH Giao Thông Vận Tải phơng án Kỹ THUậT khoa công trình - Cấu kiện phải đợc cấu tạo cho ứng suất kéo cốt thép thờng trạng thái giới hạn sử dụng fsa không vợt fs = Z 0.6 f y (d c A)1/ (A.5.7.3.4-1) Trong : +dc: Chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo tâm haysợi đặt gần (nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dày tịnh lớp bê tông bảo vệ dc không đợc lớn 50mm; dc = 50mm + A: Diện tích phần bê tông có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo đợc bao mặt cắt ngang đờng thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lợng hay sợi (mm2), nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dày tịnh lớp bê tông bảo vệ không đợc lớn 50mm ; A = 90000mm2 + Z: Thông số bề rộng vết nứt (N/mm) Z = 30000 N/mm - Kiểm toán điều kiện khống chế vết nứt ta thấy: Đạt - Kiểm toán ứng suất cốt thép TTGHSD + Thông số tính toán phụ thuộc vào loaị vật liệu hàm lợng vật liệu =1 + As: Lợng cốt thép chịu kéo mặt cắt: As = 2.7E+01 mm2 + Ms: Mô men tính toán mặt cắt: Ms = 120900.0 kN.mm + d: Chiều cao có hiệu mặt cắt: d = 200mm + ứng suất cốt thép là: fs = 22.77 Mpa - Kiểm toán ứng suất cốt thép TTGHSD ta thấy: đạt Kết luận: Bản mặt cầu thiết kế đảm bảo khả chịu lực nh yêu cầu đặt Sinh viên: Tạ Công Luân 53 Lớp Cầu Đờng Anh B44 ... tích gần để thiết kế mặt BTCT cầu dầm hộp đổ chỗ đúc liền khối (Điều 4.6.2.1.6 Tiêu chuẩn 22 TCN 2 72-0 5) - Khi tính toán hiệu ứng tải bản, cho phép phân tích dải rộng 1m theo chiều dọc cầu Mô hình... Lực xung kích: IM, lấy 25%CLL - Tính toán hiệu ứng tải tổ hợp nh điều 3.4.1-1 quy trình 22 TCN 2 72-0 5, gồm hai tổ hợp tải trọng nguy hiểm tổ hợp tải trọng cờng độ tổ hợp tải trọng Sinh viên: Tạ... h f ) E (0.51 + 0.425) *3.3891 - Tính toán nội lực theo công thức 1.3.2.1-1 tiêu chuẩn 22 TCN 2 72-0 5: Mfactored = i i Qi Trong đó: i: hệ số tải trọng Qi: ứng lực i: hệ số có liên quan đến tính