lý thuyết tính toán BẢN mặt cầu

hướng dẫn chi tiết phần lý thuyết tính toán bản mặt cầu phục vụ cho đồ án thi công cầu.đây chỉ là một phần nhỏ trong tính toán kết cấu thượng tầng. Tất cả được làm theo tiêu chuẩn hiện hành. Chúc các bạn làm đồ án tốt

P a g e 1 | 13

BẢN MẶT CẦU Phần Lý Thuyết

I Thông số đầu vào

- Tổng bề rộng mặt cầu: B=15000 mm

- Bề rộng phần xe chạy: B'=14000 mm

- Chiều dài phần hẫng: Lh =1750 mm

- Khoảng cách dầm: S=2300 mm

- Bề dày bản mặt cầu: ts =175 mm

- Chiều cao vuốt: th =50 mm

- Bề dày bê tông bảo vệ mặt trên: tct =50 mm

- Bề dày bê tông bảo vệ mặt dưới: tcb =25 mm

- Bề dày trung bình lớp bê tông asphan: t1 =70 mm

- Bề dày lớp phòng nước: t2 =70 mm

II Sơ đồ tính toán

- Sơ đồ tính toán bản mặt cầu phần hẫng là sơ đồ một đầu ngàm vào dầm biên,

một đầu tự do

- Sơ đồ tính bản mặt cầu ở nhịp là sơ đồ ngàm hai đầu

P a g e 2 | 13

III Tải tác dụng lên bản

- Hệ số tải trọng: bảng 3.4.1-2 22 TCN 272-05

Loại tải trọng

Ký hiệu tác động Dạng

Ký hiệu

hệ số tải trọng

Hệ số tải trọng

≥ 1 ≤ 1 Trọng lượng

bản thân DC1 Phân bố γp1 1.25 0.9

Lan can DC2 Tập trung γp1 1.25 0.9 Lớp phủ mặt

Hoạt tải xe LL Phân bố γn 1.75

- Tĩnh tải tác dụng lên 1m theo phương dọc cầu: gồm bản mặt cầu (DC1), lớp phủ (DW), lan can (DC2)

IV Hoạt tải tác dụng cho dải bản rộng 1m theo phương ngang cầu

- Chiều rộng dải bản tương đương:

Đối với phần hẫng:

E= 1140+0.833x

x: khoảng cách từ tâm gối đến điểm đặt tải

Tại nơi có momen dương:

E=660+0.55S

Tại nơi có momen âm:

E=1220+0.25S

S=2300mm : Khoảng cách 2 dầm chủ

- Trị số áp lực của tải trọng bánh xe lên dải có chiều rộng 1m:

Do xe tải thiết kế:

tr

f

P

(b h )E





Do xe 2 trục thiết kế: Vì vị trí có momen âm và momen dương đều có E>1.2m nên có 2 bánh xe 2 trục đặt trong phạm vi chiều rộng của dải bản tương đương nên cường độ của tải trọng bang do bánh xe gây ra bằng:

ta

f

2P

(b h )(E 1.2)



P a g e 3 | 13

+ Trong đó: P : tải trọng bánh xe tải ;tr P =145/2=72.5kN tr

P : tải trọng bánh xe 2 trục ; ta P =110/2=55kN ta

b : Chiều rộng bánh xe theo phương ngang cầu b= 0.51m

h : chiều dày trung bình bản mặt cầu f h =0.175m f

Theo 3.6.1.3.3 22TCN 272-05 khi dải bản cơ bản là ngang và nhịp không vượt quá 4600mm các dải ngang phải được thiết kế theo các bánh xe của trục

145000N nên không xét đến tải trọng làn

- Hệ số điều chỉnh tải trọng:

Với : ηD = 1: trường hợp thiết kế thông thường

ηR = 1: mức dư thông thường

ηl = 1: cầu điển hình

Vậy   1

- Hệ số làn: theo bảng 3.6.1.1.2.1 22TCN 272-05

Số làn chất tải Hệ số làn m

>3 0.65

- Hệ số xung kích: IM= 25%

V Nội lực trong bản theo TTGHCD1

1) Bản hẫng

Sơ đồ tính:

η η η η 0.95 

P a g e 4 | 13

Momen tại ngàm:

2 2

3 1

L L

Lực cắt tại ngàm:

V [ DC L  DC  DWL m LL(1 IM)(b  h )](kN)

2) Nội lực tại giữa nhịp

- Trường hợp 1 làn:

+Moment:

Sơ đồ tính momen tại mặt cắt giữa nhịp

- Xác định momen dương tại mặt cắt giữa nhịp:

M  [ DC  DW m LL(1 IM)(b  h )y ](kN.m)

=> Moment tại mặt cắt giữa nhịp khi xét tới hiệu ứng ngàm tại hai đầu bản:

M 0.5xM(kN.m)

P a g e 5 | 13

- Xác định moment âm tại ngàm:

M  [ DC  DW m LL(1 IM)(b  h )y ](kN.m)

=> Moment âm tại gối:

M  0.8xM(kN.m)

+ Lực cắt:

Sơ đồ tính lực cắt tại mặt cắt giữa nhịp

- Xác định lực cắt tại ngàm:

V [ p1DC1VD p2DWVD m LL(1 IM)(bn  h )f y ]LLy (kN)

- Trường hợp 2 làn:

+ Moment:

Sơ đồ tính momen tại mặt cắt giữa nhịp

P a g e 6 | 13

- Xác định momen dương tại mặt cắt giữa nhịp:

M0  [ p1DC1MD p2DWMD m LL(1 IM)(bn  h )f y ]MLL (kN.m)

=> Moment tại mặt cắt giữa nhịp khi xét tới hiệu ứng ngàm tại hai đầu bản:

M0L/2 0.5xM0 (kN.m)

- Xác định moment âm tại ngàm:

M  [ DC  DW m LL(1 IM)(b  h )y ](kN.m)

=> Moment âm tại gối:

M  0.8xM kN.m + Lực cắt:

Sơ đồ tính lực cắt tại giữa nhịp

- Xác định lực cắt tại ngàm:

V [ p1DC1VD p2DWVD m LL(1 IM)(bn  h )f y ]VLL (kN)

VI Hoạt tải gió

 Tải trọng gió ngang

- Vận tốc gió:

VV SB (3.8.1.1-1) Trong đó: V : tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất B hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió

S: hệ số điều chỉnh đối với khu vực đất chịu gió và độ cao mặt cầu

P a g e 7 | 13

 Tải trọng gió tác dụng lên công trình:

Tải trọng gió ngang P phải được lấy theo phương tác dụng nằm ngang và đặt tại D trọng tâm của các phần tiết diện thích hợp

PD 0.0006V A C2 t d 1.8A (kN)t (3.8.2-1)

Trong đó: V: tốc độ gió thiết kế xác định theo 3.8.1.1-1

A : diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (t m ) 2

C : hệ số cản d

P a g e 8 | 13

- Xác định C theo 3.8.1.2.1.1 d

b: chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can (mm)

d: chiều cao KCPT bao gồm cá lan can nếu có

 Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ

- Biểu thị tải trọng gió ngang lên xe cộ bằng tải trọng phân bố bằng 1.5 kN/m tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở độ cao 1800mm

- Biểu thị tải trọng gió dọc lên xe cộ bằng tải trọng phân bố bằng 1.5 kN/m tác dụng theo hướng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở độ cao 1800mm

- Điểm đặt lực tác dụng lên xe cộ ở tim bánh xe

 Tải trọng gió thẳng đứng

- Phải lấy tải trọng gió thằng đứng P tác dụng vào trọng tâm của diện tích thích hợp theo v công thức:

2

P 0.00045V A (kN) (3.8.2-1) + Trong đó: V: tốc độ gió thiết kế được xác định theo phương trình 3.8.1.1-1 (m/s)

A : diện tích phẳng của cây cầu hay cấu kiện dung để tính tải trọng v gió thằng đứng

P a g e 9 | 13

- Tính cho bản hẫng:

- Tính cho nhịp:

- Chỉ tính tải trọng này cho các trạng thái giới hạn không liên quan đến gió lên hoạt tải,

và chỉ tính khi lấy hướng gió vuông góc với trục dọc của cầu Phải đặt tải lực gió thằng đứng cùng với lực gió nằm ngang quy định theo Điều 3.8.1

VII Tính toán cốt thép và kiểm toán bản

- Chọn lớp bê tông bảo vệ phía trên: 50mm

- Chọn lớp bê tông bảo vệ phía dưới: 25mm

- Chọn thép chịu lực CB400V (TCVN 1651-2008)

- Đường kính  =14mm

- Diện tích cốt thép A =153.9 s 2

mm

- Đường kính cốt đai  =12mm d

1 Bố trí cốt thép cho bản hai cạnh (cho 1m bản mặt cầu) và kiểm toán

a) Mặt cắt giữa nhịp (momen dương)

L/ 2

M =26.31 kN.m

 Tính cốt thép

P a g e 10 | 13

Hệ số sức kháng uốn R : n

u

M R

bd



 + Trong đó:

f

 =0.9: Hệ số sức kháng uốn b: Chiều rộng tiết diện

e

d : Chiều cao làm việc của tiết diện Lượng cốt thép cần thiết cho 1mm bản mặt cầu:

'

'

+Trong đó:

Cường độ nén của bê tông: '

c

f =30MPa Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép: f =420 MPa y

=> Diện tích cốt thép trên 1mm bản mặt cầu:

A d (mm ) 2 Khoảng cách tính toán giữa các thanh cốt thép:

s

A

A



 Bố trí cốt thép

- Không xét đến cốt thép chịu nén sẽ bố trí cho moment âm của bản mặt cầu

- Chọn cốt thép để bố trí

- Tính diện tích cốt thép (A ) trên 1m bản mặt cầu s

- Chiều cao có ích : ds  de

 Kiểm toán kháng uốn sức

- Điều kiện: Mu Mr Mn +Trong đó: M : moment uốn cực đại tại mặt cắt đang xét tính theo u TTGH cường độ

P a g e 11 | 13

M : Sức kháng uốn tính toán r

M : Sức kháng uốn danh định n

- Tính khoảng cách thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà c:

s y'

c 1

A f c

0.85f b

 +Trong đó:

 : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất, lấy theo quy định 5.7.2.2 1

b: chiều rộng tiết diện

Cường độ nén của bê tông: f =30MPa c'

Giới hạn chảy tối thiểu quy định của thanh cốt thép: f =420 MPa y

A :diện tích cốt thép trên 1mm bản mặt cầu s

- Chiều dày khối ứng suất tương đương:

a= c (mm) 1

- Sức kháng uốn danh định:

n s y s a

2

- Sức kháng uốn tính toán:

Mr Mn (N.mm)

Kiểm tra M <u Mr Mn=> kết luận thoả hay không thoả điều kiện kháng uốn

 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa

Điều kiện:

e

c

d  0.42 +c: khoảng cách thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà

+ d :chiều cao làm việc của tiết diện e

 Kiểm toán hàm lượng cốt thép tối thiểu

Điều kiện:

P a g e 12 | 13

' c min

y

f

f

 min

P : Tỉ lệ giữa diện tích thép chịu kéo và diện tích nguyên

s min

g

A P

A



- A : diện tích cốt thép trên 1mm bản mặt cầu s

- A : diện tích mặt cắt ngang của thanh thép g

 Kiểm toán sức kháng cắt

Điều kiện:

Vu Vr Vn + Trong đó: V : sức kháng cắt do tải trọng u  =0.9 : Hệ số sức kháng

V : Sức kháng cắt tính toán r

V :Sức kháng cắt danh định n n

V =min[(VcVsVp);(0.25f b dc' v vVp)]

v

b : chiều rộng tiết diện p

V =0

Vc 0.083 f b dc' v v (5.8.3.3-3)

s A f d (cot gv y v cot g )sin

V

s

s: Khoảng cách giữa các cốt đai

y

s

A 0.083 f b (mm )

f



=> V n Kiểm tra Vu Vr Vn => Kết luận

 Kiểm tra khống chế nứt bằng phân bố cốt thép

Điều kiện: fs fsa

c

Z

(d A)

  (5.7.3.4-1)

P a g e 13 | 13

+ Trong đó: d :chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài c cùng cho đến tâm của thanh hay sợi đặt gần nhất

A: diện tích phần bê tông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và được bào bởi các mặt của mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lượng của các thanh sợi

Z: thông số bề rộng vết nứt Chọn Z=23000 N/mm , cấu kiện trong điều kiện môi trường khắc nghiệt => f , sa 0.6f => Kết luận y

b) Mặt cắt tại ngàm (momen âm) ( Làm tương tự mặt cắt giữa nhịp)