Giáo trình kết cấu cầu bê tông cốt thép - Chương 6

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

Chương 6:

Thiết Kế Dầm ChínhBTCT - DƯL

- Ngoài ra, cốt thép dùng để tạo lực nén trước trong bê tông có cường độ rấtcao nên tăng khả năng chịu uốn của dầm Do đó, tiết diện của dầm DƯL nhỏhơn, giảm trọng lượng bản thân, tăng chiều dài dầm.

+ Có khả năng chế tạo nhiều dầm với chỉ 1 lần căng cốt thép;+ Kích thước tiết diện nhỏ hơn do không cần đặt ống bọc cốt thép;+ Chất lượng bê tông và cốt thép được đảm bảo hơn

- Cốt thép DƯL trong dầm căng sau được bó lại, luồn trong các ống bọc cáp Các bó này gồm nhiều tao, có thể là 3, 4, 6, 7, 12 tao (loại 12.7mm hay 15.2mm), tùy theo tính toán, thiết kế và thiết bị căng, kéo và neo giữ cốtthép.

-Do có sử dụng neo giữ lực căng ở 2 đầu nên các bó cáp có thể dùng đadạng hơn Tuy nhiên, việc sử dụng neo phát sinh mất mát ứng suất do hiệntượng tuột neo.

- Có thể thực hiện kết cấu căng trong cũng như căng ngoài.

Thiết Kế Cầu BTCT 22

12764321Số tao……

220465/725-12128655/605-7110250/555-673545/505-455140/455-336740/455-218425/305-1Lực kéo đứt nhỏ nhất (KN)ĐK trong và ngoài của ống bọc (mm)Ký hiệu1.3 Các bộphận trong dầm BTCT - DƯL:1.3.1 Ống bọc cáp: - Các chỉ tiêu của bó cáp và ống bọc được thương mại hóa trên thị trường theoASTM 416-85 (cấp thép 270) đối với các tao cáp 12.7 mm (0.5”)………

12764321Số tao……

312880/876-12182560/676-7156460/676-6104350/556-478245/506-352145/506-226130/356-1Lực kéo đứt nhỏ nhất (KN)ĐK trong và ngoài của ống bọc (mm)Ký hiệu1.3 Các bộphận trong dầm BTCT - DƯL:1.3.1 Ống bọc cáp: - Các chỉ tiêu của bó cáp và ống bọc được thương mại hóa trên thị trường theoASTM 416-85 (cấp thép 270) đối với các tao cáp 15.2 mm (0.6”)………

Thiết Kế Cầu BTCT 40

2 VẬT LIỆU:2.1.

Thiết Kế Cầu BTCT 43

2 VẬT LIỆU:2.2 Thép thường:

- Loại thép, cường độ và modulđàn hồi của cốt thép thường theo TCXDVN 356 – 2005:

200 000900

590A-IV (gân)

200 000600

390C-III (gân)

200 000600

390A-III (gân)

200 000380

235C-I (trơn)

200 000500

300C-II (gân)

200 000590

C-IV (gân)

200 000300

A-II (gân)

200 000235

A-I (trơn)

Es(MPa)fy(MPa)

Thiết Kế Cầu BTCT 46

2 VẬT LIỆU:2.2 Thép thường:

- Đư ờng kính thanh cốt thép theo ASTM:

Diện tích danhđịnh (mm2)Đường kính

danh định (mm)Số

Thiết Kế Cầu BTCT 49

Đơn vị

Max 2.5Max 2.5

Chùng sau 1000h ở 200C và 0.7PN

Modul đàn hồi

Lực kéo đứt tối thiểu

Cường độ kéo nhỏ nhất

Cường độ chảy nhỏ nhất

Khối lượng danh định

Diện tích danh định

Đường kính danh định

15.2 (mm)12.7 (mm)

Các đặc trưng/ loại tao

2 VẬT LIỆU:2.3 Thép dự ứng lực:

- Các đặc trưng của tao cáp dự ứng lực theo ASTM 416-85, cấp thép 270

Thiết Kế Cầu BTCT 52

3.BỐTRÍCỐT THÉP TRONG DẦM BTCT - DƯL:3.2 Cự ly cốt thép:

3.2.1 Cự ly tối thiểu:

a Đối với BT đúc tại chỗ:

- Cự ly tĩnh giữa các thanh song song trong một lớp ko nhỏ hơn:+ 1.5 lần đường kính thanh

+ 1.5 lần kích thước tối đa của cốt liệu,+ 38 mm

b Đối với BT sản xuất trong nhà máy:

- Cự ly tĩnh giữa các thanh song song trong một lớp ko nhỏ hơn:+ 1.0 lần đường kính thanh

+ 1.33 lần kích thước tối đa của cốt liệu,+ 25 mm

Thiết Kế Cầu BTCT 55

3.2 Cự ly cốt thép:3.2.2 Cự ly tối đa:

- Lựa chọn đường kính cốt đai:

+ Thanh N010 khi thanh dọc N032 hoặc nhỏ hơn+ Thanh N013 khi thanh dọc N036 hoặc lớn hơn

- Khoảng cách giữa các cốt đai không được lấy lớn hơn các trị số sau:+ Kích thước nhỏ nhất của bộ phận chịu nén (bản bụng dầm)+ 300 mm

Thiết Kế Cầu BTCT 58

4 CÁC BƯỚC THIẾT KẾDM BTCT – DƯL:

1 Lựa chọn kích thước sơ bộ của dầm.2 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm.

3 Xác định nội lực và tổ hợp nội lực theo các TTGH.4 Bố trí cốt thép DƯL trong dầm chính.

5 Tính toán đặc trưng hình học của tiết diện.6 Tính toán mất mát ứng suất trong dầm.7 Kiểm tra tiết diện của dầm theo TTGH Sử dụng.8 Kiểm tra tiết diện của dầm theo TTGH Cường độ.9 Kiểm tra tiết diện của dầm theo TTGH Mỏi.10 Tính toán độ vồng ngược.

Thiết Kế Cầu BTCT 61

4.1 Lựa chọn kích thước sơ bộcủa dầm:4.1.3 Các kích thước cơ bản của dầm:a Dầm I:

- Kích thước sơ bộ dầm I tại mặt cắt giữa nhịp có thể chọn theo hình vẽ sau:

Thiết Kế Cầu BTCT 64

……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 65

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

a Dầm I:

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 66

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

4.1 Lựa chọn kích thước sơ bộcủa dầm:4.1.3 Các kích thước cơ bản của dầm:b Dầm T:

- Kích thước sơ bộ dầm T tại mặt cắt giữa nhịp có thể hiệu chỉnh từ dầm I như sau:

˜ H = 1 350

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 67

4.1 Lựa chọn kích thước sơ bộcủa dầm:4.1.3 Các kích thước cơ bản của dầm:b Dầm T:

- Kích thước sơ bộ dầm I có thể lấy theo hình vẽ sau:

(Đơn vị trong bản vẽ là inch và feet, cần phải đổi qua đơn vị mm)

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 68

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 69

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

4.1 Lựa chọn kích thước sơ bộcủa dầm:4.1.3 Các kích thước cơ bản của dầm:b Dầm T:

- Kích thước sơ bộ dầm T tại mặt cắt đầu nhịp được mở rộng phần sườn dầm của mặt cắt giữa nhịp:

˜ H = 1350

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

- Giai đoạn 2: Khi này BMC đã liên kết cứng với dầm BTCT – DƯL , tiết diện chịu lực là tiết diện liên hợp, chữ T Tải trọng trong giai đoạn này là trọng lượng bản thân của lan can, lề bộ hành, lớp phủ mặt cầu,…vàhoạt tải xe và làn thiết kế.

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

- Giai đoạn 2: Khi này mối nối BMC đã đủ khả năng chịu lực, tiết diện chịu lực là tiết diện liên hợp, chữ T (bề rộng hữu hiệu của BMC phải xét đến phần BMC ở phần mối nối) Tải trọng trong giai đoạn này là trọ ng lượng bản thân của lan can, lề bộ hành, lớp phủ mặt cầu,…và hoạt tải xe và làn thiết kế.

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 72

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

4.2 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm chính:4.2.2 Tĩnh tải tác dụng lên dầm chính:

Thiết Kế Cầu BTCT 73

4.2 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm:4.2.2 Tĩnh tải tác dụng lên dầm chính:

- Bản mặt cầu:+ Dầm I:

(KN/m)+ Dầm T:

(KN/m)- Lớp phủ BMC:

(KN/m)- Lan can:

BMCcBMCBMCg= × ×γgtB

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 74

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

4.2 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm:4.2.2 Tĩnh tải tác dụng lên dầm chính:

- Ngoài ra, nếu có sự hiện diện của ván khuôn BMC hay lề bộ hành thì phải kể đến tĩnh tải do trọng lượng bản thân của các cấu kiện này

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 75

Dầm Ngang

4.2 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm:

4.2.3 Hoạt tải tác dụng lên dầm chính: Tải trọng HL-93

- Xe tải hoặc xe 2 trục thiết kế- Tải trọng làn

- Lực xung kích

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 76

4.3 Xác định nội lực vàtổhp np nội lực theo các TTGH:4.3.1 Xác định hệsốphân bố ngang:

a Đối với tĩnh tải:

- Khi cầu thiết kế thoả mãn các điều quy định sau đây và một số yêu cầu khác (nếu có), thì ta có thể xem tải trọng thường xuyên của bản mặt cầu và trên bản mặt cầu phân bố đều trên tất cả các dầm Riêng dầm ngang được xem là tải trọng tập trung tác dụng lên các dầm.

+ Bề rộng của mặt cầu không đổi.

+ Số dầm phải lớn hơn hoặc bằng 4, trừ khi có yêu cầu khác.+ Các dầm song song với nhau và có độ cứng sấp xỉ nhau.

+ Phần đường xe chạy trên phần hẫng, de ≤ 910 mm, trừ khi có quy định khác+ Độ cong trong mặt bằng nhỏ hơn giới hạn được nêu trong điều S4.6.2.1.2+ Mặt cắt ngang kết cấu phù hợp với một trong những mặt cắt trong Bảng S4.6.2.1.2.1

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 77

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

4.3 Xác định nội lực vàtổhp np nội lực theo các TTGH:4.3.1 Xác định hệsốphân bố ngang:

a Đối với tĩnh tải:

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 78

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

4.3 Xác định nội lực vàtổhp np nội lực theo các TTGH:4.3.1 Xác định hệsốphân bố ngang:

a Đối với tĩnh tải:

- Khi cầu thiết kế không thoả mãn các yêu cầu trên, ta có thể giả định bản mặt cầu là một dầm liên tục đặt trên các gối là dầm chính, sau đó ta chất tải (trọng lượng bản thân bản mặt cầu, lan can, lề bộ hành trên 1m dài cầu vàchất riêng trọng lượng bản thân của lớp phủ trên 1m dài cầu) lên bản mặt cầu, giải nội lực ta có phản lực tại các gối, phản lực các gối là tải trọng phân bố đ ều trên các dầm Trọng lượng bản thân dầm chính cũng được xem làphân bố đều trên các dầm Riêng trọng lượng bản thân dầm ngang được xem là tải trọng tập trung trên các dầm chính.

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 79

Ghi chú:: toàn bộ tĩnh

tải BMC, lan can, lề bộhành, lớp phủ được lấy trên 1m dài cầu vàphân bố theo phương

ngang cầu.

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 80

4.3 Xác định nội lực vàtổhợp nội lực theo các TTGH:4.3.1 Xác định hệsốphân bố ngang:

b Đối với hoạt tải:

- Hệ số phân bố tải trọng cho moment và lực cắt đối với dầm biên và dầm giữa được quy định trong điều 4.6.2.2.2 và 4.6.2.2.3

- Để sử dụ ng các bản tra quy định trong Điều S4.6.2.2.2 thì ta phải xác định tham số độ cứng dọc:

- Tham số độ cứng dọc được xác định như sau: S4.6.2.2.1

I : moment quán tính của dầm không liên hợp.A : diện tích của dầm không liên hợp.

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

- Khi số dầm chính Nb ≤ 3 thì sử dụng phương pháp đòn bẩy.- Khi số dầm chính Nb > 3 thì sử dụng phương pháp nén lệch tâm.

- Trong các phương trình tính toán hệ số phân bố ngang trên đã bao gồm hệ sốlàn xe, tuy nhiên nếu sử dụng phương pháp đòn bẩy hay nén lệch tâm phải xét đến hệ số làn xe, m.

- Chiều dài nhịp, L, trong các công thức trong bảng phải lấy bằng chiều dài nhịp tính toán, Ltt.

- Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ có thể giả định tỷ số (Kg/(Lt3s) = 1.0

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

- Sau khi vẽ đah xong, tiến hành chất tải trọng do tĩnh tải và hoạt tải lên đah và tính toán nội lực trong dầm để xác định moment và lực cắt tại các tiết diện tính toán.

- Đối với tĩnh tải, phải xếp toàn bộ lên đah.

- Đối với hoạt tải, phải xét tất cả các trường hợp xếp xe để gây ra nội lực lớn nhất trong dầm Những trục bánh xe, hay tải trọng làn làm giảm nội lực đang xem xét cần phải bỏ qua.

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 90

4.3.3 Nội lực do tĩnh tải gây ra tại ci các mặt cắt kiểm toán:

- Kết quả tính toán và tổ hợp moment ở các mặt cắt cần kiểm toán dầm.

0CĐ, SDTải làn

0CĐ, SDTổ hợp

tải trọng

0Tất cảDW

0CĐ, SDXe 2 trục

0CĐ, SDXe tải

0Tất cảDC2

0Tất cảDC1

Mặt cắtNội lực

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 91

4.3.3 Nội lực do tĩnh tải gây ra tại ci các mặt cắt kiểm toán:

- Kết quả tính toán và tổ hợp lực cắt ở các mặt cắt cần kiểm toán dầm.

CĐ, SDTải làn

CĐ, SDTổ hợp

tải trọng

0Tất cả

CĐ, SDXe 2 trục

CĐ, SDXe tải

0Tất cả

0Tất cả

Mặt cắtNội lực

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 92

4.4 Bốtríct thép DƯL trong dầm chính:4.4.1 Xác định sơ bộ lượng cốt thép DƯL tối thiểu:

u cdps

u cdps

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 93

4.4 Bốtríct thép DƯL trong dầm chính:4.4.1 Xác định sơ bộ lượng cốt thép DƯL tối thiểu:

- Số lượng tao cáp DƯL cần thiết:

- Đối với dầm BTCT – DƯL căng sau , cần phải xác định số bó cáp DƯL Tùy theo chiều dài nhịp, sẽ lựa chọn số bó cáp DƯL Sơ bộ có thể chọn như sau:

+ Chiều dài dầm < 24.5m: bố trí khoảng 3 bó cáp.+ Chiều dài dầm ≥ 24.5m: bố trí khoảng 4 – 5 bó cáp.

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

psps tao

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 94

4.4 Bốtríct thép DƯL trong dầm chính:4.4.2 Bốtrícp DƯL:

- Cốt thép DƯL ở giữa nhịp được uốn lên gối để tăng khả năng chịu lực cắt của tiết diện Do đó, vách dầm có thể thiết kế mỏng hơn Ngoài ra, việc uốn cốt thép DƯL lên vị trí đầu dầm còn có tác dụng tạo độ vồng ngược cho dầm BTCT – DƯL.

a.Đối với dầm căng trước:

- Tùy theo chiều dài dầm mà số tao và vị trí uốn cốt thép DƯL khác nhau Sơ bộ có thể lấy như sau:

+ Chiều dài dầm, L ≤ 25.4m, uốn 1 vị trí, 0.330L – 0.375L+ Chiều dài dầm, L > 25.4m, uốn 2 vị trí, vị trí 1: 0.250L – 0.275L

vị trí 2: 0.330L – 0.350L

+ Số tao uốn ở từng vị trí tùy theo người thiết kế, tuy nhiên không nên vượt quá 25% tổng số cáp còn lại.

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 95

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 96

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 97

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1235 3623 24 25 26 2728 29 30 31 32

37 3841 42

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 98

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 99

Tan(α)α (độ)

L(mm)Tao số

Bảng tổng hợp các yếu tố và góc nghiêng của cáp DƯL

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 100

Bảng tổng hợp tọa độ các tao cáp DƯL (tính từ đáy dầm, mm)

Tọa độ trọng tâm :

Số taoSố hiệu

Mặt cắtCáp DƯL

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 101

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

b.Đối với dầmcăngsau:

- Tùy theo chiều dài dầm mà số bó cáp DƯL uốn lên tại vị trí đầu dầm là khác nhau Sơ bộ có thể lấy như sau:

+ Chiều dài dầm, L ≤ 25.4m, uốn 2 - 3 bó+ Chiều dài dầm, L > 25.4m, uốn 3 – 5 bó- Các bó cáp dự ứng lực được uốn cong theo hình parabal,

+ nếu tọa độ được đạt tại mép dưới đầu dầm có phương trình:

+ nếu tọa độ được đạt tại mép dưới giữa dầm có phương trình:( 221) ( )xxLy2

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 103

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 104

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 105

Bảng tổng hợp tọa độ các bó cáp DƯL (tính từ đáy dầm, mm)

Tọa độ trọng tâm :N…

L/23L/8L/4L/80,72.HGốiDiện tích,

Mặt cắtBó Cáp DƯL

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 106

Bảng tổng hợp đặc trưng các góc α của các bó cáp DƯL

αH(0) αV(0)

α (0)R

(mm)S (mm)y2 (mm)y1

(mm)x (mm)SốhiệuMặt

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 107

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 108

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 109

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 110

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 111

4.5 Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện:

4.5.1 Các thông sốv đặc trưng hình học cần phải xác định:nh:

- Cần phải xác định các thông số sau tại các mặt cắt cần kiểm toán dầm:

(tại gối, 0.72H, L/8, L/4, 3L/8, L/2)

+Diện tích mặt cắt ngang, A+ Moment quán tính của tiết diện, Ix

+ Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến đáy dầm, yb+ Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến đỉnh dầm, yt

+ Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trọng tâm nhóm cáp DƯL, e- Kết quả nên trình bày thành bảng tính để tiện theo dõi.

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 112

4.5.2 Các lưu ý:a Dầm I:

- Đối với dầm I căng trước, cần phải xác định:

+ Đặc trưng hình học của riêng dầm I (có quy đổi tiết diện thép DƯL →BT)+ Đặc trưng hình học của tiết diện dầm liên hợp (dầm I và phần BMC tham gia cùng làm việc với dầm chính)

- Đối với dầm I căng sau, cần phải xác định:

+ Đặc trưng hình học của riêng dầm I trước khi căng cáp DƯL (có kể đến tiết diện bị giảm yếu bởi các ống cáp DƯL).

+ Đặc trưng hình học của riêng dầm I sau khi căng cáp DƯL (có quy đổi tiết diện thép DƯL →BT).

+ Đặc trưng hình học của tiết diện dầm liên hợp (dầm I và phần BMC tham gia cùng làm việc với dầm chính)

……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết Kế Cầu BTCT 113

4.5.2 Các lưu ý:a Dầm T:

- Đối với dầm T căng trước, cần phải xác định:

+ Đặc trưng hình học của riêng dầm T (có quy đổi tiết diện thép DƯL →BT)

+ Đặc trưng hình học của tiết diện dầm liên hợp (dầm T và 1 phần BMC tham gia cùng làm việc với dầm chính)

- Đối với dầm T căng sau, cần phải xác định:

+ Đặc trưng hình học của riêng dầm T trước khi căng cáp DƯL (có kể đến tiết diện bị giảm yếu bởi các ống cáp DƯL).

+ Đặc trưng hình học của riêng dầm T sau khi căng cáp DƯL (có quy đổi tiết diện thép DƯL →BT).

+ Đặc trưng hình học của tiết diện dầm liên hợp (dầm T và 1 phần BMC tham gia cùng làm việc với dầm chính)

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………

Thiết KếDầm BTCT - DƯL DƯL

Đối với tiết diện chịu moment âm

……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………