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

Thiết kế mặt cầu | Nhóm BẢN MẶT CẦU Phần Lý Thuyết I II 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 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 tơng asphan: t1 =70 mm - Bề dày lớp phòng nước: t2 =70 mm Sơ đồ tính tốn - Sơ đồ tính tốn mặt cầu phần hẫng sơ đồ đầu ngàm vào dầm biên, đầu tự - Sơ đồ tính mặt cầu nhịp sơ đồ ngàm hai đầu P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm III Tải tác dụng lên - Hệ số tải trọng: bảng 3.4.1-2 22 TCN 272-05 Ký hiệu Dạng tác động DC1 Phân bố γp1 1.25 0.9 DC2 Tập trung γp1 1.25 0.9 DW Phân bố γp2 1.5 0.65 Loại tải trọng Trọng lượng thân Lan can Lớp phủ mặt cầu - IV Hệ số tải trọng Ký hiệu hệ số tải trọng ≥1 ≤1 Hoạt tải xe LL Phân bố γn 1.75 Tĩnh tải tác dụng lên 1m theo phương dọc cầu: gồm mặt cầu (DC1), lớp phủ (DW), lan can (DC2) Hoạt tải tác dụng cho dải rộng 1m theo phương ngang cầu - Chiều rộng dải 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 dầm chủ - Trị số áp lực tải trọng bánh xe lên dải có chiều rộng 1m: Do xe tải thiết kế: Ptr (kN / m) (b  h f )E Do xe trục thiết kế: Vì vị trí có momen âm momen dương có E>1.2m nên có bánh xe trục đặt phạm vi chiều rộng dải tương đương nên cường độ tải trọng bang bánh xe gây bằng: LL  LL  2Pta (kN / m) (b  h f )(E  1.2) P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm - + Trong đó: Ptr : tải trọng bánh xe tải ; Ptr =145/2=72.5kN Pta : tải trọng bánh xe trục ; Pta =110/2=55kN b : Chiều rộng bánh xe theo phương ngang cầu b= 0.51m h f : chiều dày trung bình mặt cầu h f =0.175m Theo 3.6.1.3.3 22TCN 272-05 dải ngang nhịp không vượt 4600mm dải ngang phải thiết kế theo bánh xe trục 145000N nên không xét đến tải trọng Hệ số điều chỉnh tải trọng: η  ηDηR ηl  0.95 Với : ηD = 1: trường hợp thiết kế thông thường ηR = 1: mức dư thông thường ηl = 1: cầu điển hình Vậy   - V Hệ số làn: theo bảng 3.6.1.1.2.1 22TCN 272-05 Số chất tải >3 - Hệ số xung kích: IM= 25% Nội lực theo TTGHCD1 1) Bản hẫng Sơ đồ tính: Hệ số m 1.2 0.85 0.65 P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm Momen ngàm: L23 L21 M  [ pl DC1   pl DC2 L2   p2 DW  m n LL(1  IM)(b  h f )L ] (kN.m) 2  Lực cắt ngàm: V  [ pl DC1L1   pl DC2   p2DWL3  m n LL(1  IM)(b  h f )] (kN) 2) Nội lực nhịp - Trường hợp làn: +Moment: - Sơ đồ tính momen mặt cắt nhịp Xác định momen dương mặt cắt nhịp: M0  [ p1DC1DM   p2 DWDM  m n LL(1  IM)(b  h f )yLL ](kN.m) => Moment mặt cắt nhịp xét tới hiệu ứng ngàm hai đầu bản: M L/2  0.5xM 0 (kN.m) P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm - Xác định moment âm ngàm: M0  [ p1DC1DM   p2 DWDM  m n LL(1  IM)(b  h f )yLL ](kN.m) => Moment âm gối:  Mgoi  0.8xM0 (kN.m) + Lực cắt: Sơ đồ tính lực cắt mặt cắt nhịp - Xác định lực cắt ngàm: y V  [ p1DC1DV   p2 DWDV  m n LL(1  IM)(b  h f ) yLL ] (kN) - Trường hợp làn: + Moment: Sơ đồ tính momen mặt cắt nhịp P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm - Xác định momen dương mặt cắt nhịp: M M0  [ p1DC1DM   p2 DWDM  m n LL(1  IM)(b  h f ) yLL ] (kN.m) => Moment mặt cắt nhịp xét tới hiệu ứng ngàm hai đầu bản: M 0L/2  0.5xM 0 (kN.m) - Xác định moment âm ngàm: M M0  [ p1DC1DM   p2 DWDM  m n LL(1  IM)(b  h f ) yLL ] (kN.m) => Moment âm gối:  Mgoi  0.8xM0 kN.m + Lực cắt: Sơ đồ tính lực cắt nhịp - Xác định lực cắt ngàm: V V  [ p1DC1DV   p2 DWDV  m n LL(1  IM)(b  h f ) yLL ] (kN) VI Hoạt tải gió  Tải trọng gió ngang - Vận tốc gió: V  VBS (3.8.1.1-1) Trong đó: VB : tốc độ gió giật giây với chu kỳ xuất 100 năm thích hợp với vùng tính gió S: hệ số điều chỉnh khu vực đất chịu gió độ cao mặt cầu P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm  Tải trọng gió tác dụng lên cơng trình: Tải trọng gió ngang PD phải lấy theo phương tác dụng nằm ngang đặt trọng tâm phần tiết diện thích hợp PD  0.0006V A t Cd  1.8A t (kN) (3.8.2-1) Trong đó: V: tốc độ gió thiết kế xác định theo 3.8.1.1-1 A t : diện tích kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang ( m ) Cd : hệ số cản P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm - Xác định Cd theo 3.8.1.2.1.1 b: chiều rộng toàn cầu bề mặt lan can (mm) d: chiều cao KCPT bao gồm cá lan can có  Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ - Biểu thị tải trọng gió ngang lên xe cộ tải trọng phân bố 1.5 kN/m tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu đặt độ cao 1800mm - Biểu thị tải trọng gió dọc lên xe cộ tải trọng phân bố 1.5 kN/m tác dụng theo hướng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu đặt độ cao 1800mm - Điểm đặt lực tác dụng lên xe cộ tim bánh xe  Tải trọng gió thẳng đứng - Phải lấy tải trọng gió thằng đứng Pv tác dụng vào trọng tâm diện tích thích hợp theo cơng thức: Pv  0.00045V A v (kN) (3.8.2-1) + Trong đó: V: tốc độ gió thiết kế xác định theo phương trình 3.8.1.1-1 (m/s) A v : diện tích phẳng cầu hay cấu kiện dung để tính tải trọng gió thằng đứng P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm - Tính cho hẫng: - Tính cho nhịp: - Chỉ tính tải trọng cho trạng thái giới hạn khơng liên quan đến gió lên hoạt tải, tính lấy hướng gió vng góc với trục dọc cầu Phải đặt tải lực gió thằng đứng với lực gió nằm ngang quy định theo Điều 3.8.1 VII Tính tốn cốt thép kiểm tốn - Chọn lớp bê tơng bảo vệ phía trên: 50mm - Chọn lớp bê tơng bảo vệ phía dưới: 25mm - Chọn thép chịu lực CB400V - Đường kính  =14mm (TCVN 1651-2008) - Diện tích cốt thép As =153.9 mm - Đường kính cốt đai d =12mm Bố trí cốt thép cho hai cạnh (cho 1m mặt cầu) kiểm toán a) Mặt cắt nhịp (momen dương) M L/2 =26.31 kN.m  Tính cốt thép P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm Hệ số sức kháng uốn R n : Rn  Mu f bd e2 + Trong đó: f =0.9: Hệ số sức kháng uốn b: Chiều rộng tiết diện d e : Chiều cao làm việc tiết diện Lượng cốt thép cần thiết cho 1mm mặt cầu: f c'  2R n    0.85 1    fy  0.85f c'  +Trong đó: Cường độ nén bê tông: f c' =30MPa Giới hạn chảy tối thiểu quy định cốt thép: f y =420 MPa => Diện tích cốt thép 1mm mặt cầu: As  d e ( mm ) Khoảng cách tính tốn cốt thép: a A (mm) As  Bố trí cốt thép - Khơng xét đến cốt thép chịu nén bố trí cho moment âm mặt cầu - Chọn cốt thép để bố trí - Tính diện tích cốt thép ( As ) 1m mặt cầu - Chiều cao có ích : d s  d e  Kiểm toán kháng uốn sức - Điều kiện: M u  M r  M n +Trong đó: M u : moment uốn cực đại mặt cắt xét tính theo TTGH cường độ P a g e 10 | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm M r : Sức kháng uốn tính tốn M n : Sức kháng uốn danh định - Tính khoảng cách thớ chịu nén đến trục trung hoà c: c Asf y 0.85f c'1b +Trong đó: 1 : Hệ số quy đổi hình khối ứng suất, lấy theo quy định 5.7.2.2 b: chiều rộng tiết diện Cường độ nén bê tông: f c' =30MPa Giới hạn chảy tối thiểu quy định cốt thép: f y =420 MPa As :diện tích cốt thép 1mm mặt cầu - Chiều dày khối ứng suất tương đương: a= 1 c (mm) - Sức kháng uốn danh định: a M n  Asf y (ds  ) (N.mm) - Sức kháng uốn tính tốn: M r  M n (N.mm) Kiểm tra M u < M r  M n => kết luận thoả hay không thoả điều kiện kháng uốn  Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa Điều kiện: c  0.42 de +c: khoảng cách thớ chịu nén đến trục trung hoà + d e :chiều cao làm việc tiết diện  Kiểm toán hàm lượng cốt thép tối thiểu Điều kiện: P a g e 11 | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm Pmin f c'  0.03 fy Pmin : Tỉ lệ diện tích thép chịu kéo diện tích nguyên Pmin  As Ag - As : diện tích cốt thép 1mm mặt cầu - Ag : diện tích mặt cắt ngang thép  Kiểm toán sức kháng cắt Điều kiện: Vu  Vr  Vn + Trong đó: Vu : sức kháng cắt tải trọng  =0.9 : Hệ số sức kháng Vr : Sức kháng cắt tính tốn Vn :Sức kháng cắt danh định Vn =min[( Vc  Vs  Vp );( 0.25fc' bvd v  Vp )] b v : chiều rộng tiết diện Vp =0 Vc  0.083 fc' bvd v Vs  (5.8.3.3-3) A vf yd v (cot g  cot g)sin  (5.8.3.3-4) s s: Khoảng cách cốt đai s A v  0.083 f c' b v (mm ) fy => Vn Kiểm tra Vu  Vr  Vn => Kết luận  Kiểm tra khống chế nứt phân bố cốt thép Điều kiện: fs  fsa fsa  Z  0.6f y (d c A)1/3 (5.7.3.4-1) P a g e 12 | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm + Trong đó: d c :chiều cao phần bê tơng tính từ thớ chịu kéo ngồi tâm hay sợi đặt gần A: diện tích phần bê tơng có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo bào mặt mặt cắt ngang đường thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lượng sợi Z: thông số bề rộng vết nứt Chọn Z=23000 N/mm , cấu kiện điều kiện môi trường khắc nghiệt => fsa , 0.6f y => Kết luận b) Mặt cắt ngàm (momen âm) ( Làm tương tự mặt cắt nhịp) P a g e 13 | 13 ... lượng thân Lan can Lớp phủ mặt cầu - IV Hệ số tải trọng Ký hiệu hệ số tải trọng ≥1 ≤1 Hoạt tải xe LL Phân bố γn 1.75 Tĩnh tải tác dụng lên 1m theo phương dọc cầu: gồm mặt cầu (DC1), lớp phủ (DW),... tính momen mặt cắt nhịp P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm - Xác định momen dương mặt cắt nhịp: M M0  [ p1DC1DM   p2 DWDM  m n LL(1  IM)(b  h f ) yLL ] (kN.m) => Moment mặt cắt nhịp... =12mm Bố trí cốt thép cho hai cạnh (cho 1m mặt cầu) kiểm toán a) Mặt cắt nhịp (momen dương) M L/2 =26.31 kN.m  Tính cốt thép P a g e | 13 Thiết kế mặt cầu | Nhóm Hệ số sức kháng uốn R n : Rn 