Đồ án thiết kế cầu dầm t BTCT dự ứng lực căng trước

Giới thiệu công trình Trong phần này cần phải nêu được vị trí xây dựng công trình như: Công trìnhthuộc địa phận tỉnh NGHỆ AN , huyện QUỲNH LƯU ,bắc qua sông MAIGIANG Khu vực xây dựng cầu

ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU

THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 1

CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG

LỰC DẦM T CĂNG TRƯỚC

(Thiết kế theo Quy Trình 22 TCN 272-05)

CHƯƠNG I

THIẾT KẾ CƠ SỞ

1.1 Nhiệm vụ thiết kế

1.1.1 Giới thiệu công trình

Trong phần này cần phải nêu được vị trí xây dựng công trình như: Công trìnhthuộc địa phận tỉnh NGHỆ AN , huyện QUỲNH LƯU ,bắc qua sông MAIGIANG

Khu vực xây dựng cầu là vùng đồng bằng, bờ sông rộng và bằng phẳng, dân

cư tương đối đông Cầu nằm trên tuyến đường chiến lược được làm trong thời

kỳ chiến tranh nên tiêu chuẩn kỹ thuật thấp, không thống nhất Mạng lướigiao thông trong khu vực còn rất kém

1.1.2 Quy trình quy phạm sử dụng

Khi tiến hành thực hiện một dự án công trình cầu thì có rất nhiều quy trìnhquy phạm đi kèm theo Đối với từng hạng mục kết cấu đã có những quy trình

khác nhau (như riêng về cọc khoan nhồi cũng đã có những quy phạm riêng…)

và trong từng kết cấu theo từng công đoạn cũng có những quy phạm khácnhau (quy trình về thiết kế, thi công, nghiệm thu….).Ở đây, có thể kể đến mộtvài các quy trình, quy phạm được sử dụng như:

- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05;

- Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô: TCVN 4054: 2005;

- Tiêu chuẩn động đất TCXDVN 375: 2006.

-Tiêu chuẩn thi cụng và nghiệm thu cọc khoan nhồi: 22TCN 257 -2000;

- Tiêu chuẩn kỹ thuật hàn cầu thép: 22TCN 280 -01;

- Tiêu chuẩn kỹ thuật sơn cầu thép và kết cấu thép: 22TCN 235-97;

- Quy trình thiết kế cụng trình phụ tạm và thiết bị phụ trợ thi công cầu: 22TCN 200-89;

- Quy trình thi công và nghiệm thu cọc công trình nền móng: TCXD 79-1980;

Thuận tiện cho giao thông đi lại, rút ngắn khoảng cách giữa 2 xã

Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội cũng như về giao thông vận tải ở hiện tại và trong tương lai, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của việc lưu thông và vận chuyển hàng hoá cũng như sự tăng trưởng về lưu lượng và tải trọng

xe Vì vậy, việc đầu tư xây dựng cầu này là cần thiết và cấp bách.

1.1.4 Sự cần thiết phải đầu tư

Một dự án được quyết định thực hiện hay không thì nó phải đạt được các mụctiêu mà chủ đầu tư đề ra Có rất nhiều các mục tiêu mà một công trình cầu cầnphải đạt được, tuy nhiên bên cạnh đó cũng còn tùy từng công trình mà người

ta xây dựng để đạt những mục tiêu khác nhau Thông thường, một dự án cócần phải đạt được một số mục tiêu sau:

- Mục tiêu về mặt thương mại – dịch vụ

- Mục tiêu kinh tế

- Mục tiêu về giao thông đi lại của người dân trong vùng

- Mục tiêu về quân sự

Và ngoài ra còn nhiều các mục tiêu khác nữa, nói chung tùy tùng vị trí xâydựng và mục đích xây dựng của từng đơn vị chủ đầu tư.

1.2 Điều kiện tự nhiên

Khoảng cách giữa 2 xã cách nhau bởi con sông Châu Giang mỗi lần đi lại phải mất quãng đường rất xa Mà mùa mưa thì đường ngập nước đi lại khó khăn nên người dân xin chính quyền xã đề lên Tỉnh xin ngân sách nhà nước làm cây cầu nối liền 2 xã để người dân đi lại được thuận tiện hơn

Vùng này có phong cảnh đẹp, là một nơi lý tưởng thu hút khách tham quan nên lượng xe phục vụ du lịch rất lớn Mặt khác trong vài năm tới nơi đây sẽ trở thành một khu công nghiệp tận dụng vận chuyển bằng đường thủy và những tiềm năng sẵn có ở đây.

1.3 Điều kiện địa chất

Tại vị trí khi xây dựng cầu về mặt địa chất gồm có các loại đất: đất cát pha,

cát hạt mịn, cát hạt vừa, sét chặt lẫn sỏi sạn

1.4 Điều kiện thủy văn

Tại vị trí xây dựng cầu thi hàng năm mực nước cao nhất là -11.47m và

Do độ ẩm không khí khá cao thêm vào đó là điều kiện khí hậu khắc nghiệt nên loại vật liệu chủ đạo là bê tông cốt thép Kết cấu thép vẫn có thể sửdụng nếu có điều kiện bảo quản tốt, sửa chữa gia cố kịp thời

1.5 Quy mô - Kỹ thuật - Cấp hạng công trình cầu

Theo số liệu cấp hạng công trình cầu là cấp IV địa hình đồng bằng

1.5.1 Vị trí cầu, quy mô, khổ cầu, tĩnh không thông thuyền

Cầu nối liền giữa 2 xã Vũ Bản và Bồ Đề Cầu được thiết kế với khổ cầu

là 7+2x1 và khổ thông thuyền là 30x5 Tiến hành xây dựng cầu BTCT nhịp giản đơn với chiều dài cầu là 146.47m

1.5.2 Tải trọng và tiêu chuẩn thiết kế

Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ là tiêu chuẩn 22 TCN 272 – 05 với tải trọngthiết kế là HL – 93 cùng với tải trọng người

1.6 Lập các phương án cầu

Sơ đồ nhịp là 5 nhịp giản đơn mỗi nhịp 33m

Trên cơ sở phân tích và đánh giá ở phần trên, ta đề xuất các phương án vượt sông như sau:

*Phương án I:

Loại cầu : Cầu nhịp giản đơn BTCT DƯL dầm chữ I

Chọn chiều dài nhịp gồm: 5 nhịp 33 m bằng BTCT ƯST, mỗi nhịp có 5 dầm chủ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 2 m

-Kết cấu mố trụ:

+Trụ cầu ta sử dụng trụ đặc thân hẹp, đổ tại chỗ

+Mố cầu: sử dụng mố chữ U cải tiến

-Các lớp mặt cầu gồm có:

+Lớp Bê tông atphan dày 10cm

+Lớp vữa đệm dày 5cm

+Khe co giản làm bằng cao su có cốt thép bản dày 8cm

+Móng cọc khoan nhồi có đường kính 1,5m

*Phương án II:

Loại cầu : Cầu nhịp giản đơn BTCT DƯL dầm chữ T

Chọn chiều dài nhịp gồm: 5 nhịp 33 m bằng BTCT ƯST, mỗi nhịp có 5 dầm chủ, khoảng cách giữa các dầm chủ là 2 m

-Kết cấu mố trụ:

+Trụ cầu ta sử dụng trụ đặc thân hẹp, đổ tại chỗ

+Mố cầu: sử dụng mố chữ U cải tiến

-Các lớp mặt cầu gồm có:

+Lớp Bê tông atphan dày 10cm

+Lớp vữa đệm dày 5cm

+Khe co giản làm bằng cao su có cốt thép bản dày 8cm

+Móng cọc khoan nhồi có đường kính 1,5m

1.6.1 Sơ đồ nhịp

MNTT: -13,97 MNCN: -11,47

MNTN: -16,97

-16,99 -21,47

-21,47 -19,26

-17,45

8 c?c L= 15 m

8 c?c L= 15 m

-31,99 -32,45 6 c?cL= 15 m

6 c?c L= 15 m 6 c?c

L= 15 m

-36,47 -36,47

33000 50

33000 50

1.6.2 Kết cấu nhịp.

*Cầu dầm BTCT DƯL kéo trước nhịp giản đơn tiết diện dầm chủ chữ T

Mặt cắt ngang kết cấu nhịp

1.6.2.1 Chiều dài tính toán kết cấu nhịp

Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp là 33 m

1.6.2.2 Quy mô mặt cắt ngang cầu

Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:

+ Bề rộng vút bản cánh trên: b 4 = 200 mm + Chiều cao vút bản cánh trên: h 4 = 200 mm

1.6.3.3 Cấu tạo bản bêtông mặt cầu

- Chiều dày bản bêtông t s = 160 mm

- Chiều dài phần cánh hẫng d e = 1000mm

- Chiều dài phần cánh hẫng phía trong S/2 = 1000mm

- Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp H cb = 1810 mm

Bố trí dầm ngang tại các vị trí gối cầu, ¼ nhịp tính toán và giữa nhịp

Chiều rộng mối nối là 200mm

2 Thiết kế dầm chủ

Dầm chủ là dầm chữ T làm bằng BTCT DƯL

+ Chiều cao dầm chủ ) 1 , 5 1 , 83 ( ).

22

1 18

3 CÊu t¹o dÇm ngang.

+ ChiÒu réng dÇm ngang: Bn =1800 mm

+ ChiÒu cao dÇm ngang: n = 1150 (mm)

+ Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c dÇm ngang: 2000 (mm)

+ChiÒu dµy dÇm ngang: tn = 200 mm

+DiÖn tÝch dÇm ngang : A=1800x1150=2070000 ( mm2 )

+ThÓ tÝch dÇm ngang : V=0.414 ( m3)

II.TÍNH TOÁN NỘI LỰC DẦM CHỦ

a T¶i träng b¶n th©n cña c¸c bé phËn kÕt cÊu vµ thiÕt bÞ phô phi kÕt cÊu (DC)

+Líp bª t«ng xim¨ng b¶o vÖ 40 mm

q2=0.04*2.3*24.525=2 256 KN/m + Líp bª t«ng Asfan dµy 5 (cm):

q3 = * 20 073 2 538

1000

2300 50

+Líp mui luyÖn dµy trung b×nh 20 mm

q4= (20*2300/100)*24.525 =1.128 (KN/m)Tæng träng lîng líp phñ mÆt cÇu:

DWi = q1 + q2 + q3 + q4 = 6 268 (KN/m)

* §èi víi dÇm biªn

T¶i träng DC

Trong lîng b¶n th©n dÇm chñ 17.695KN/m

Träng lîng dÇm ngang ( chØ chÞu 1/2 so víi dÇmtrong)

1.278 KN/mTräng lîng mèi nèi phÇn c¸nh T 0.589 KN/m

+Líp bª t«ng xim¨ng b¶o vÖ 40 mm

q2=0.04*2.3*24.525=2 256 KN/m + Líp bª t«ng Asfan dµy 5 (cm):

q3 = * 20 073 2 538

1000

2300 50

+Líp mui luyÖn dµy trung b×nh 20 mm

q4= (20*2300/100)*24.525 =1.128 (KN/m)Tæng träng lîng líp phñ mÆt cÇu:

2.1 Xác định nội lực tính toán tại mặt cắt giữa dầm.

a Do tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bịphụ phi kết cấu (DC)

Ta cã: M = [8,05.145 + 5,9(145 + 35)] 0,653 =1457.152(KN.m).

Q = [145.0,5 + 145.0,366 + 35.0,4] 0,793 =124,488 (KN)

Ta cã: M = [8,05.110 + 110.7,45] 0,653 =1113,365 (KN.m).

MIM = 25%M2T = 0,25 1113,365 = 278.34(KN.m).

QIM = 25%Q2T = 0,25 105,09 = 26 2725 (KN)

a Do t¶i träng b¶n th©n cña c¸c bé phËn kÕt cÊu vµ thiÕt bÞphô phi kÕt cÊu (DC):

b Do t¶i träng b¶n th©n cña líp phñ mÆt vµ c¸c tiÖn Ýchc«ng céng (DW)

c Do ho¹t t¶i:

+ Do xe t¶i thiÕt kÕ (xe 3 trôc):

Ta cã: M = [4,29.35 + 145(5,722 + 7,155)].0,653 =1318.669 (KN.m)

Q = [145.0,67 + 145.0,5331 + 35.0,4].0,793 =186.237 (KN)

+ Do xe 2 trôc

Ta cã: M = [7,155.110 + 110 6,755].0,653 =999.233 (KN.m)

Q = [110 0,67 + 110 0,632].0,793 = 113.056(KN)

+ Do t¶i träng lµn:

Ta cã: M = [7,155 16,1 9,3].0,653 =700.323(KN.m)

Q = [0,67 10,733 9,3].0,793 = 39.563 (KN)

+ Do t¶i träng bé hµnh (PL):

QIM = 25%Q3T = 0,25 186,237 = 46.559 (KN).

- Do xe 2 trôc:

MIM = 25%M2T = 0,25 999,233 = 249.808(KN.m)

QIM = 25%Q2T = 0,25 113,056 = 28,264 (KN)

a Do t¶i träng b¶n th©n cña c¸c bé phËn kÕt cÊu vµ thiÕt bÞphô phi kÕt cÊu (DC):

Q = [(0,75 12,075 – 0,25 4,025) 21,428] =172.493 (KN)

b Do t¶i träng b¶n th©n cña líp phñ mÆt vµ c¸c tiÖn Ýchc«ng céng (DW).

c Do ho¹t t¶i:

+ Do xe t¶i thiÕt kÕ (xe 3 trôc):

Ta cã: M = [3,55.35 + 145(4,625 + 6,0375)].6,653 =338.855(KN.m).

Q = [145.0,75 + 145.0,609 + 35.0,467] 0,793 =169.23 (KN)

+ Do xe 2 trôc:

Ta cã: M = [6,0375.110 + 110 5,4].0,653 = 821.56(KN.m)

Q = [110 0,75 + 110 0,711].0,793 = 127.44 (KN).+ Do t¶i träng lµn:

Ta cã: M = [6,0375 16,1 9,3] .0,653= 590.31(KN.m).

+ Do lực xung kích động lực của xe (IM):

- Do xe 3 trục:

MIM = 25%M3T = 0,25 338,855= 84,71(KN.m)

QIM = 25%Q3T = 0,25 169,23 = 42.3 (KN)

- Do xe 2 trục:

MIM = 25%M2T = 0,25 821,56 = 205,39(KN.m)

QIM = 25%Q2T = 0,25 127,44 = 31,86 (KN)

2.4 Xác định nội lực tính toán tại mặt cắt cách gối 1,5 m.

a Do tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bịphụ phi kết cấu (DC):

b Do tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và các tiện íchcông cộng (DW)

c Do ho¹t t¶i:

+ Do xe t¶i thiÕt kÕ (xe 3 trôc):

1.426 1.367 1.214 1.0020.049

0.951 0.911 0.809 0.668

Ta cã: M = [1,002.35 + 145(1,426 + 1,214)].0,653 =82.552(KN.m).

Q = [145.0,951 + 145.0,809 + 35.0,668] 0,793 =55.035 (KN)

+ Do xe 2 trôc:

Ta cã: M = [1,426.110 + 110 1,367].0,653 =201.44(KN.m)

Q = [110 0,951 + 110 0,911].0,793 = 200.10(KN)

+ Do t¶i träng lµn:

1.426

0.049 0.951

Ta cã: M = [1,426 16,1 9,3] 0,653= 139.43 (KN.m)

Q = [0,951 15,35 9,3].0,793 = 107.66 (KN)

+ Do t¶i träng bé hµnh (PL):

QIM = 25%Q3T = 0,25 55,035 = 13.76 (KN).

- Do xe 2 trục:

MIM = 25%M2T = 0,25 201,44= 50.36 (KN.m)

QIM = 25%Q2T = 0,25 200,10 = 50.025 (KN)

2.5 Xác định nội lực tính toán tại mặt cắt gối.

a Do tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bịphụ phi kết cấu (DC)

Ta cã: M = 0 (KN.m).

Q = [145 1 + 145 0,866 + 35 0,733].0,793 =234.91 (KN)

* Do t¶i träng b¶n th©n cña c¸c bé phËn kÕt cÊu vµ thiÕt bÞphô phi kÕt cÊu (DC):

2082.853

* Do lực xung kích động lực của xe:

+ Xe tải thiết kế (xe 3 trục):

→ Tổ hợp tải trọng IM + LL + PL:

IM: Lực xung kích của xe

LL: Hoạt tải xe

PL: Tải trọng bộ hành

LL, IM HL93K M

1242.4 4

LL, IM HL93M M

1065.4 2

950.1 3

+ §èi víi b¶ng tæ hîp t¶i träng LL, IM: Néi lùc b»ng tæng

c¸c néi lùc t¬ng øng cña ho¹t t¶i HL 93 +T¶i träng lµn + Lùc

xung kÝch

+ §èi víi b¶ng tæ hîp t¶i träng LL, IM, PL: Gi¸ trÞ néi lùc

b»ng gi¸ trÞ néi lùc t¬ng øng lín nhÊt ë b¶ng 1 vµ b¶ng 2 +

Qu 146.905 589.349 693.454

1,106.6 83

722.0 8

215.7

7 kN

t¶i träng tøc thêi

215.7

7 kN

C¸ch tÝnh c¸c gi¸ trÞ trong 2 b¶ng trªn nh sau:

DC DC

DC M

DW DW

DW Q

g M

M* T Trong tuc thoi T.Trong tuc thoi. LL,IM,PL.

∑

)

.

)

.

6 2 9CĐộ I 8618.70

2CĐộ I 146.905 589.349 693.454 1,106.683 1,201.3

16CĐộ II 0.000 194.200 291.300 528.320 582.60

0CĐộ III 113.327 499.029 601.533 974.486 1,059.8

95

Sử dụng 83.946 374.432 452.751 734.847 799.44

9

* §èi víi dÇm biªn

M«

men kN.m

176.015

CĐộ I 43.038 355.158 509.822 887.355 973.8

13CĐộ II 0.000 221.929 332.894 603.757 665.7

87CĐộ III 33.201 324.706 469.381 822.533 903.4

07

Sử dụng 24.593 246.947 357.326 626.760 688.4

62

III.BỐ TRÍ CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

Tao thÐp 7 sợi DƯL kh«ng s¬n phñ, cã khử ứng suÊt cho bª

t«ng dự ứng lực

1

2 MC B? TRÍ CTDUL CHÍNH DI? N D? M

I II

III IV

Mặt cắt giữa dầm

Mặt cắt đầu dầm

IV.ĐẶC TRƯNG HèNH HỌC VỦA MẶT CẮT DẦM

* Kích thớc mặt cắt quy đổi tại vị trí: L/2, L/3, L/4,Cách gối 1.5 m , Gối

+ Chiều cao bản cánh tính đổi:

' 20 20.20 22.2 ( ).

180

f

h = + = cm + Chiều cao bầu dầm tính đổi:

* Kích thớc mặt cắt quy đổi tại vị trí gối:

+ Chiều cao bản cánh tính đổi:

+ Diện tích mặt cắt quy đổi:

y6 = 115 (mm); y7 = 170 (mm); y8 = 115 (mm); y9 = 60 (mm)

60 10 ) 170 115 ( 16 ) 115 170 225 280 335 390 ( 12 ) ( ) ( )

.

(

3 1

3

1 3

1

3

1 3

F

y n F F

y

F

a

i i i i i

i i i i i

+ + + + +

Trong đó:

Ep: Mo đun đàn hồi của thép Ep = 197000 (MPa)

Ec: Mo đun đàn hồi của bê tông

)

(27691.4730

.2400.043,0

.043,

c Xác định trọng tâm của mặt cắt tính đổi (so với đáydầm)

0

=

c

d ps i

i c

A n A

y A n y

A y

.

.

[ .( ) ].

2 2

2

2

2 ' 2

' ' 1

2 ' 1

d c ps d

f

f c f

w S f c

w

S c td

y y A n

I

A

h y h I

A h h h y I

A

h y

I

I

− +

=

)(7748012

66,24.6212

)28,1766,24160.(

1612

)

cm h

h h b

I w = w − S − f = − − =

).

( 33 , 85996 12

28 , 17 200 12

)

cm h

, 1528 2

66 , 24 698 , 97

2

4 3 2

1

2

'

cm A

96 , 1888

2

66 , 24 28 , 17 160 698

, 97

2

4 3

2 2

' '

cm

A h

h h

( 10 93 , 9951 3456

2

28 , 17 698 , 97 160

2

4 3 2

2 '

cm A

25 , 274 10

3 , 11142 77480

4 2

3

3 3

+ +

+

+ +

+ +

1 3

1

3

1 3

1

3

1

).()

.()

(

i i

i

i i

i i

i

i i

n F

y n F

d ps i

i c

A n A

y A n y A y

.

.

mm td

2

2

2 ' 2

' '

1

2 ' 1

d c ps d

f

f c f

w S f c

w

S c td

y y A

n

I

A

h y h I A

h h h y I A

h y

I

I

− +

=

)(7746012

94,22.6212

) 28 , 17 94 , 22 160 (

16 12

)

cm h

h h b

)

(33,8599612

28,17.20012

)

cm h

b

I f = f f = =

A1 = BS hS’ = 62.22,94 = 1422,28 (cm2)

) (

10 41 , 10543 28

, 1422 2

94 , 22 569 , 97

2

4 3 2

1

2 '

cm A

28,3114.2

94,2228,17160569

,97

2

4 3

2 2

' '

cm

A h

h h

) ( 10 79 , 12999 8

, 4492 2

28 , 17 569 , 97 160

2

4 3 2

2 '

cm A

10.36,442110

.25,27510

.41,1054377460

4 2

3

3 3

++

+

++

++

=

V KIỂM TRA THEO CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

1 Theo trạng thái giới hạn c ờng độ I

85 , 0 ) 2 ( )

2 ( )

2

f w c

s y s s

y s p

ps ps n

h a h b b f

a d f A

a d f A

a d f A

Do không bố trí cốt thép thờng nên: As = 0; As’ =

0 → Ta có:

) 2 2 ( ) (

85 , 0 ) 2

f w c

p ps ps n

h a h b b f

a d f A

dp: Khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọngtâm cốt thép dự ứng lực

As: Diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực

fy: Giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa)

ds: Khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọngtâm cốt thép chịu kéo

không ứng suất trớc (mm)

As’: Diện tích cốt thép chịu nén (mm2)

fy’: Giới hạn chảy của cốt thép chịu nén (MPa)

ds’: Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đếntrọng tâm cốt thép chịu

nén (mm)

fc’: Cờng độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi

28 ngày (MPa)

b: Bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm)

bw: Chiều dày của bản bụng hoặc đờng kính củamặt cắt tròn (mm)

1

β : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất

hf: Chiều dày bản cánh chịu nén của cấu kiện dầm

c

f w c

pu ps

d

f kA b

f

h b b f f

A c

' 1

85 , 0

) (

85 , 0

ββ

764 , 0 7

) 28 40 ( 05 , 0 85 , 0 7

) 28 (

05 , 0 85 , 0

'

β