Giáo trình kết cấu cầu bê tông cốt thép - Chương 4

Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng kết hợp của hai loại vật liệu là bê tông và thép cùng cộng tác chịu lực. Bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng hiện nay, là lo

Thiết Kế Cầu BTCT 7

1 ChiềudàihữuhiệucủaBMC:

Đối với BMC đặt trên dầm thép thì chiều dài hữu hiệu được xác định nhưsau:

Thiết Kế Cầu BTCT 10

2 ĐiềukiệnđểsửdngPP thiếtkếBMC theokinhnghiệm:

Chỉ nên dùng phương pháp thiết kế này đối với BMC bê tông cốt thép khithoả mãn các điều kiện sau đây:

- Sử dụng các khung ngang, dầm ngang và các vách ngăn trên toàn bộ mặtcắt ngang ở tại các vị trí gối.

- Đối với các mặt cắt ngang được gắn vào các bộ phận cứng chịu xoắn nhưtrong các mặt cắt dầm hình hộp tách riêng từng hộp với nhau, hoặc là trongcác mặt cắt dầm nhiều hộp có các vách ngang trung gian giữa các hộp vớikhoảng cách không quá 8000 mm.

- Có các cấu kiện đỡ bằng thép và/hay bê tông.

- Bản mặt cầu phải được đổ tại chỗ hoàn toàn và được bảo dưỡng bằng nước

Thiết Kế Cầu BTCT 13

3 Cáyêucuvctthép:

Khi thiết kế bản theo kinh nghiệm cần:

- Phải đặt 4 lớp cốt thép đẳng hướng trong bản, 2 lớp ở trên và 2 lớp ở dưới Lớp ngoài cùng đặt theo phương của chiều dài hữu hiệu.

- Cốt thép phải đặt càng gần các mặt ngoài càng tốt, nhưng phải thoả mãn vềlớp bảo vệ cho cốt thép.

- Số lượng thép tối thiểu bằng 0.57 mm2/mm thép cho mỗi lớp đáy và0.38mm2/mm thép cho mỗi lớp đỉnh Cự ly cốt thép không được quá 450 mm.

+ Đối với các phần hẫng mặt cầu bê tông đỡ hệ thống nhô cao: 200mm.+ Đối với hệ thống cột nhô cao ở cạnh biên: 300mm.

+ Đối với các phần hẫng mặt bê tông cầu đỡ tường phòng hộ hoặc các ràochắn bằng bê tông: 200mm.

Thiết Kế Cầu BTCT 19

3 XáđịnhtảitrọngtádnglênBMC:BMC:

- Xác định tải trọng do tĩnh tải tác dụng lên toàn bản mặt cầu như:+ Lớp phủ mặt cầu (bao gồm lớp BTN, lớp mui luyện (nếu có)).+ Trọng lượng bản thân bản mặt cầu.

+ Lan can, rào chắn.+ Lề bộ hành

Thiết Kế Cầu BTCT 22

3 XáđịnhtảitrọngtádnglênBMC:BMC:Chú ý:

- Khi thiết kế BMC theo phương pháp dải gần đúng thì tải trọng thiết kế choBMC ở giữa nhịp được lấy như sau:.

+ Khi các dải cơ bản là ngang và nhịp ko vượt quá 4600mm thì các dảingang sẽ được thiết kế theo các bánh xe của trục 145000N.

+ Khi các dải cơ bản là ngang và nhịp vượt quá 4600mm thì các dải ngangsẽ được thiết kế theo các bánh xe của trục 145000N và tải trọng làn.+ Khi các dải cơ bản là dọc thì các dải dọc sẽ được thiết kế theo tải trọngcủa bánh xe tải hoặc xe hai trục và tải trọng làn.

Thiết Kế Cầu BTCT 25

3 XáđịnhtảitrọngtádnglênBMC:BMC:Chú ý:

- Tải trọng thiết kế cho BMC ở phần hẫng được lấy như sau:.

+ Khi thiết kế bản hẫng có chiều dài hẫng không quá 1800mm tính từ trục tim của dầm ngoài cùng đến mặt lan can bằng bê tông liên tục về kết cấu, tải trọng của bánh xe dãy ngoài cùng có thể được thay bằng một tải trọng tuyến phân bố đều với cường độ 14.6N/mm cách bề mặt lan can 300mm.+ Phải xét đến tải trọng ngang trên bản hẫng do lực va của xe vào lan can

Thiết Kế Cầu BTCT 31

4 XếptảilênBMC:a PhầnBMC ởgiữanhịp:

- Tĩnh tải lan can, BMC, bản hẫng, lớp phủ,…được chất đầy lên BMC nhưhình vẽ dưới đây:

Thiết Kế Cầu BTCT 37

4 XếptảilênBMC:b Phầnbảnhẫng:

Hoạt tải:

- Khi xếp 1 làn xe sẽ gây ra moment lớn nhất trong phần bản hẫng.

- Phải chú ý đến khoảng cách tối thiểu giữa tim bánh xe tải đến bề mặt lancan (hay lề bộ hành) khi tính toán bản hẫng (300mm).

- Bề rộng diện truyền tải của bánh xe lên phần bản hẫng bằng 510 + tbh

Thiết Kế Cầu BTCT 40

a NộiựctrongBMC ởphầtrong:

- Moment trong BMC do tĩnh tải (chưa nhân hệ số tải trọng)

Moment trongphần bảnhẫng do tĩnhtảicóthểtính toántrong giaiđoạn nàyhoặc sẽđược tínhtoán khithiết kếbản hẫng

Thiết Kế Cầu BTCT 43

Cálưuý khisửdngbảngtraởtrên:

- Giá trị moment trong bảng được xác định bằng dải tương đương, áp dụngcho BMC bằng BTCT và đặt trên các dầm đỡ song song (dầm BTCT hoặcthép) Khi tính toán cốt thépkhông được chia cho bề rộng dải tương đương.- Số dầm chủ tối thiểu là 3 dầm và khoảng cách tối thiểu từ tim đến tim của2 dầm biên không được nhỏ hơn 4200mm

- Các giá trị trong bảng đã xét đến hệ số làn xe, m, và lực xung kích (IM) Khi sử dụng ở theo tiêu chuẩn 22TCN – 272 – 05 thì phải nhân với hệ số:

Thiết Kế Cầu BTCT 46

b Nộiựctrongphầnbảnhẫng:

- Moment trong BMC do hoạt tải gây ra: (chưa nhân hệ số tải trọng)

Tại mặt cắt B, xác định bình thường, riêng mặt cắt C xác định dựa vàophần tính toán nội lực trong phần BMC ở giữa nhịp.

+=

Thiết Kế Cầu BTCT 52

c Tổhpnộiực:

- Tổ hợp nội lực trong phần bản hẫng:+ ở TTGH Cường độ I:

+ ở TTGH Sử dụng:

+ ở TTGH Đặc biệt:

( BMCbhlc) pDWDW

pDCxevatong

Thiết Kế Cầu BTCT 55

a Thiếtkếbảnchịumoment dương:

- Tính toán cốt thép chịu lực trong bản theo TTGH cường độ I:+ Xác định diện tích thép tối thiểu phân bố trên 1mm bề rộng như sau:Cách 1: Bài toán thuận:

- Xác định hàm lượng thép yêu cầu:

- Xác định khoảng cách giữa các thanh cốt thép (dtích thép/1mm bề rộng)

AAcôt thép

K/c=→ Kh/cách bố trí nên lấy nhỏ hơn giá trị tínhtoán bên trên và nên chọn chẵn để dễ thi công

Thiết Kế Cầu BTCT 58

a Thiếtkếbảnchịumoment dương:

- Tính toán cốt thép chịu lực trong bản theo TTGH cường độ I:+ Kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu như sau:(S5.7.3.3.2)

==

IyMn

Thiết Kế Cầu BTCT 64

7 Thiếtkếkiểmtoánphầnbảnhẫng:

- Các phần của bản hẫng cần phải được thiết kế với các trường hợp thiết kếđược xem xét một cách riêng lẻ như sau:

+ Trường hợp thiết kế 1: Các lực va xô ngang và dọc – TTGH đặc biệt.+ Trường hợp thiết kế 2: Các lực va xô thẳng đứng – TTGH đặc biệt.+ Trường hợp thiết kế 3: Các tải trọng do trục bánh xe gây lên ở phần bảnhẫng – TTGH cường độ I.

- Ngoài ra bản hẫng cần phải kiểm tra việc hình thành vết nứt trong bản theoTTGH Sử dụng.

Thiết Kế Cầu BTCT 67

a Trườnghpthiếtkếthứnhất

+ Xác định diện tích thép tối thiểu phân bố trên 1mm bề rộng để chịu moment

* Xác định hàm lượng thép yêu cầu để chịu moment MuA,tongvà TAnhư sau:

Khoảng cách giữa các thanh cốt thép:

→ Khoảng cách bố trí nên lấy nhỏ hơn giá trị tính toán bên trên và nên chọnchẵn để dễ thi công (200mm, 150mm, 100mm) Ngoài ra, cần chọn kh/cáchđể bố trí hài hòa giữa phần cốt thép phần bản hẫng và phần chịu moment âm.

AAcôt thép

TA

Thiết Kế Cầu BTCT 70

a Trườnghpthiếtkếthứnhất

- Tính toán cốt thép chịu lực trong bản hẫng theo TTGH Đặc biệt ở mặt cắtB và C thực hiện tương tự như đối với mặt cắt A Thông thường mặt cắt A sẽ quyết định cốt thép trong BMC.

- Đối với mặt cắt C, có thể bỏ qua lực kéo TC.

+ Diện tích vùng bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chính chịu kéo:

2/

Thiết Kế Cầu BTCT 76

d Kiểm tra bản hẫng ởTTGH Sửdng:

- Kiểm tra điều kiện:

ssaff ≥

Moment ở TTGH Cường độ I

Thiết Kế Cầu BTCT 85

'02.0max

Thiết Kế Cầu BTCT 91

8 Tính toán vàbốtríthép trong BMC:c X

c Xác định cốt thép phân bốchịu co ngót, nhiệt độ: ………

Thiết Kế Cầu BTCT 94

8 Tính toán vàbốtríthép trong BMC:c X

c Xác định cốt thép phân bốchịu co ngót, nhiệt độ: (S5.10.8)- Xác định khoảng cách giữa cốt thép bố trí chịu co ngót và nhiệt độ:

Lưu ý:

Nên tận dụng cốt thép phân bố dọc cầu ở lớp dưới BMC trong trường hợp b để bố trí chịu co ngót và nhiệt độ luôn, nhưng cần phải bố trí cốt thép thỏa mãn các quy định về khoảng cách giữa các cốt thép chịu co ngót và nhiệt độ