Đồ án, bài tập lớn thiết kế cầu bê tông cốt thép DUL kéo trước L = 32 m

Đồ án, bài tập lớn thiết kế cầu bê tông cốt thép DUL kéo trước L = 32 m. Các số liệu cho trước: Chiều dài toàn dầm L=32m Chiều dài nhịp tính toán Ltt =32 2.0,4= 31.2 m Dạng kết cấu nhịp cầu dầm BTCT dự ứng lực Dạng mặt cắt ngang chữ I liên hợp kéo trước Khổ cầu: K8+2x1,5m Tải trọng thiết kế: HL93 Bó cốt thép DƯL: tao 15,2

Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL Nhiệm vụ thiết kế Thiết kế cầu Bê tông cốt thép DƯL * Các số liệu cho trớc: - Chiều dài toàn dầm L=32m Chiều dài nhịp tính toán Ltt =32 - 2.0,4= 31.2 m - D¹ng kÕt cÊu nhịp cầu dầm BTCT dự ứng lực - Dạng mặt cắt ngang chữ I liên hợp kéo trớc - Khổ cầu: K8+2x1,5m - Tải trọng thiết kế: HL93 - Bó cèt thÐp D¦L: tao 15,2 * VËt liƯu sư dơng: - Bêtông dầm chủ mác 400 có tiêu sau: + c = 25 KN/m3 + fc’ = 40 Mpa + Ec = 33994.485 Mpa + HÖ sè poisson = 0,2 + Cờng độ chịu nén BT lúc bắt đầu đặt tải tạo ứng suất trớc fci =36 Mpa + CĐ chịu kéo uốn BT fr =3,984 Mpa - Bêtông mặt cầu mác 300 có tiêu sau: + c = 25 KN/m3 + fc’ = 30Mpa + Ec = 29440.0875 Mpa + Hệ số poisson = 0,2 + CĐ chịu kéo n cđa BT fr =3.451 Mpa - Líp phđ có: c = 22,5 KN/m3 - Cốt thép DƯL loại tao 15,2 mm có: + Mô đun đàn hồi Ep = 197000 Mpa + DiÖn tÝch tao = 140 mm2 + Cờng độ chịu kéo uốn fpu=1860 Mpa + Giới hạn chảy fpy =0,9fpu =1674 Mpa -Cốt thép thờng: +Mô đun đàn hồi Es=200000 Mpa Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL +Giới hạn chảy tối thiĨu cđa thÐp f y=400 Mpa PhÇn 1: Néi dung thuyết minh I Chọn cấu tạo kết cấu phận kết cấu nhịp Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ: 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu: - Tổng chiều dài toàn dầm 32 mét, - Chiều dài nhịp tính toán nhịp cầu 31.2 m - Bề rộng toàn cầu B= 8+2x1,5+2x0,25+2x0,25 =12 m - Bố trí dầm chủ mặt cắt ngang cầu: yếu tố hình học thể hình vẽ - Khoảng cách dầm chủ S=2400 mm - Để tạo độ dốc ngang cho cầu cách thay đổi chiều cao đá kê gối đố lớp phủ mặt cầu có bề dày không thay đổi có chiều dày cm bề rộng mặt cầu 11 m - Bản mặt cầu dày 20 cm 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ: Dầm chủ có tiết diện hình chữ I với kích thớc sau: - Chiều cao toàn dầm: 1400mm - Chiều dày sờn dầm: 200mm - Chiều rộng bầu dầm: 650mm - Chiều cao bầu dầm: 250mm Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL - Chiều cao vút bụng bầu dầm: 200mm - Chiều rộng cánh dầm: 850mm - Phần gờ dỡ bêtông đổ trớc: 80mm (mỗi bên) Các kích thớc khác nh hình vẽ: EMBED Mặt cắt dầm chủ sờn dầm) AutoCAD.Drawing.16 Mặt cắt gối (Më réng ChiỊu cao kÕt cÊu nhÞp tèi thiĨu (A2.5.2.6.3-1): Yêu cầu: hmin=0,045.L Trong ta có: L: Chiều dài nhịp tính toán L=31200mm cầu hmin: chiều cao tối thiểu kết cấu nhịp kể mặt hmin=1400+200=1600mm hmin=0,045.L=0,045.31200=14040 mm< h =1600mm =>Tháa m·n  X¸c định chiều rộng cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6): 3.1 Đối với dầm giữa: Bề rộng cánh hữu hiệu lấy giá trị nhỏ của: Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL + 1/4 chiều dài nhịp ( 31200 7800 mm) + 12 lần độ dày trung bình cộng với số lớn bề dày bụng dầm 1/2 bề rộng cánh dầm: 200 = 2825 mm 850 / =12.200+max + Khoảng cách trung bình dầm kề (S= 2400) Bề rộng cánh hữu hiệu đối cới dầm là: 2400 mm 3.2 Đối với dầm biên : Bề rộng cánh dầm hữu hiệu đợc lấy 1/2 bề rộng hữu hiệu dầm kề trong(=2400/2=1200) cộng trị số nhỏ : + 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu(= 31200 3900 mm) + lần chiều dày trung bình cộng với số lớn 1/2 độ dày bụng 1/4 bề rộng cánh dầm 200 / =1412,5 mm  850 / =6.200+max  + Bề rộng phần hẫng( =1200) Bề rộng cánh hữu hiệu dầm biên là: 2400 mm Kết luận: Bề rộng cánh dầm hữu hiệu : Bảng Dầm (bi) 2400 mm Dầm (be ) biên 2400 mm Tính toán mặt cầu Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL a b c d e 4.1 Phơng pháp tính toán nội lực mặt cầu áp dụng phơng pháp tính toán gần theo Điều 4.6.2(AASHTO98) Mặt cầu phân tích nh dầm liên tục gối dầm chủ 4.2 Xác định nội lực mặt cầu tĩnh tải Sơ đồ tính vị trí tính nội lực Theo Điều (A.4.6.2.1) : Khi áp dụng theo phơng pháp giải phải lấy mô men dơng cực trị để đặt tải cho tất vùng có mô men dơng, tơng tự mô men âm ta cần xác định nội lực lớn sơ đồ Trong dầm liên tục nội lực lớn gối nhịp Do sơ đồ tính dầm liên tục nhịp đối xứng, vị trí tính toán nội lực là: a, b, c, d, e nh hính vẽ Theo Điều (A.4.6.2.1.6): Các dải phải đợc coi nh dầm liên tục dầm giản đơn chiều dài nhịp phải đợc lấy khoảng cách tâm đến tâm cấu kiện đỡ Nhằm xác Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL định hiệu ứng lực dải , cấu kiện đỡ phải đợc giả thiết cứng vô hạn Các tải trọng bánh xe đợc mô hình hoá nh tải trọng tập trung nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp chiều dài diện tích tiếp xúc đợc điều (A.3.6.1.2.5) cộng với chiều cao mặt cầu, đồ án coi tải trọng bánh xe nh tải trọng tập trung Xác định nội lực tĩnh tải Tỷ trọng cấu kiện lấy theo Bảng (A.3.5.1.1) AASSHTO Tĩnh tải tác dụng lên mặt cầu gồm tĩnh tải rải TTBT mặt cầu, TTBT cđa líp phđ, lùc tËp trung lan can tác dụng lên phần hẫng Đối với tĩnh tải, ta tính cho mét dài mặt cầu Thiết kế mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải TTBT mặt cầu: gDC(bmc)= 200.981 25.10-6= 4,8 KN/m Thiết kế lớp phủ dày 75mm, tĩnh tải rải TTBT líp phđ: gDW=75 981 22,5.10-6 =1,665 KN/m T¶i träng lan can cho phÇn hÉng : Thùc chÊt lực tập trung quy đổi lan can không đặt mép mặt cầu nhng để đơn giản tính toán thiên an toàn ta coi đặt mÐp gDC(Lan can) = 4,56 KN/m T¶i träng cđa gê chắn lực tập trung g gc=1.75 kN + Để tính nội lực cho mặt cắt a, b, c, d, e ta vẽ đờng ảnh hởng mặt cắt xếp tải lên đơng ảnh hởng Do sơ đồ Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL tính toán mặt cầu hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta dùng chơng trình MIdas để vẽ DAH từ tính toán nội lực tác dụng lên mặt cầu + Công thức xác định néi lùc tÝnh to¸n: MU= (P.M DC1 + P M DC2 +P M DW )  : HƯ sè liªn quan đến tính dẻo, tính d, quan trọng khai thác xác định theo Điều 1.3.2 =iDR 0,95 Hệ số liên quan đến tính dẻo D = 0,95 (theo Điều 1.3.3) Hệ số liên quan đến tính d R = 0,95 (theo Điều 1.3.4) Hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác i = 1,05 (theo §iỊu 1.3.5) =>  = 1,05.0,95.0,95 = 0,95 p: Hệ số tĩnh tải (Bảng A.3.4.1-2) Loại tải trọng TTGH độ1 Cờng TTGH Sử dụng DC: Cấu kiện thiết bị phụ 1,25/0,9 DW: Lớp phủ mặt cầu tiện ích 1,5/0,65 4.2.1 Nôi lực mặt cắt Mômen mặt cắt a mômen phần hẫng Sơ đồ tính dạng công xon chịu uốn Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL Ma=[. p g DC1(bmc) 1200.1200 2.10   p g D¦W (1200  300) 2.10   p g DC (lcncan) 1200.10  ] Trong THGH C§1 Ma= - 0,95.[ 4,8.1200.1200.1,25 1,665.900.900.1,5   4,56.1200.1,25.10  ] = 6 2.10 2.10 -11,71kNm Trong THGH SD Ma=- 0,95.[ 4,8.1200.1200.1 1,665.900.900.1   4,56.1200.1.10  ] = -9,24 6 2.10 2.10 kNm 4.2.2 Nội lực mặt cắt b + - Đ ờng ảnh h ởng Mb Để tạo ứng lực lớn tĩnh tải, phần Đah dơng ta xếp tĩnh tải với hệ số lớn 1, phần Đah âm ta xếp tĩnh tải với hệ số nhỏ 1.Cụ thĨ xÕp nh sau: Bmc Phđ + - XÕp t¶i lên phần Đ ah d ơng Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL Bmc Phủ + - Xếp tải lên phần Đ ah â m Tính nội lực theo c«ng thøc: MU= (P.M DC1 + P M DC2 +P M DW ) Trên phần Đah dơng: Với mặt cầu lấy hệ số p= 1,25 THGH CĐ1, b»ng THGH SD Víi líp phđ lÊy hƯ sè p= 1,5 THGH C§1, b»ng THGH SD Trên phần Đah âm: Với mặt cầu lấy hƯ sè p= 0,9 THGH C§1, b»ng THGH SD Víi líp phđ lÊy hƯ s« p= 0,65 THGH C§1, b»ng THGH SD Sau giải sơ đồ Midas kết mô men M b bảng dới Mặt cắt b Đah + - DC1 2.8 -2 Đoàn văn Hoài A43 DW -0.4 Bảng 4.2.2 Lớp Cầu_đ ờng Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL 4.2.3 Nội lực mặt cắt Mc + + - - Đ ờng ảnh h ởng Mc Làm tơng tự nh , ta có bảng kết sau: Bảng 4.2.3 Mặt cắt c §ah + - DC1 1.2 -3.2 DW 0.2 -1.1 4.2.4 Nội lực mặt cắt Md + + - - Đ ờng ảnh h ởng Md Bảng 4.2.4 Mặt cắt d §ah + - DC1 2.5 -1.3 DW 0.8 -0.4 4.2.5 Nội lực mặt cắt e Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng 10 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL Nhóm Nhóm Nhóm Nhãm  Nu N 1 1 1 1 1 1 0.991382 0.991382 9E+06 7523748 0.995749 4.995749 3348970 0.995749 4.987131 3260925 0.995749 4.987131 4020231 4.2.Xác định dv bv: a   de   dv = max  0,9d e  0,72h   bv:BÒ réng chịu cắt có hiệu tiêt diện,có thể lấy chiỊu réng cđa b¶n bơng nhá nhÊt chiỊu cao d v de:Chiều cao hữu hiệu tơng ứng từ thớ chịu nén đến trọng tâm lực kéo cèt thÐp chÞu kÐo de= eII+ ytII a:ChiỊu cao vïng chịu nén quy đổi tính phần kiểm toán theo TTGHCĐ I Kết tính toán đợc thể b¶ng sau: B¶ng 44 de-a/2 0.9de 0.72 h chän dv Mặt cắt mm Mc L/2 1371.0 M/c (3L/8) 1371.0 M/c (2L/8) 1351.1 M/c (L/8) 1265.2 M/c (Gèi) 1160.3 mm mm 1302.9 1008 1302.93 1008 1284.948 1008 1207.454 1008 1112.835 1008 mm 1371.0 1371.0 1351.1 1265.2 1160.3 4.3.Xác định : Để xác định đợc ta phảI thông qua giá trị sau: v/f c x Trong đó: V:ứng suất cắt bê tông xác định theo công thức: Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng 79 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL Vu V p v  bv d v  ¦ng biÕn cèt thÐp ë thí chÞu kÐo n cđa cÊu kiƯn phảI đợc xác định theo công thức: Mu 0,5 N u  0,5Vu cot g  Aps f p dv x  0.002 Es As  E p Aps Nếu giá trị x tính từ phơng trình âm giá trị tuyệt đối phảI đợc giảm đI bầng cáhc nhân với hệ số F c lÊy theo: Fc  E S A S  E P APS EC AC  E P APS Trong :- Ac:Diện tích bêtông phÝa chÞu kÐo (Ac =601250.0) - fpo:øng suÊt thÐp ứng suất trớc ứng suất bêtông xung quanh nã b»ng f po  f pe  f pc Ep Ec Víi fpe:lµ øng st cã hiƯu thÐp øng st tríc sau mÊt m¸t fpe=fpj- fpT fpc:ứng suất nén trọng tâm tiết diện :fpc=F/A Xác định vc/fc: Thay số liệu vào công thức ta đợc bảng tổng hợp tính vc/fc Kết tính toán vc/fc Bảng 45 Mặt cắt Mc L/2 M/c (3L/8) M/c (2L/8) M/c (L/8) M/c (Gèi) Vu  (N) 314.163 0.900 603.930 0.90 903.309 0.900 1212.299 0.900 1530.899 0.900 bv mm 650.000 200.000 650.000 200.000 650.000 dv mm 1371.02 1371.017 1351.079 1265.167 1160.305 Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng 80 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cèt thÐp D¦L v N v/f'c 0.000 0.002 -0.069 -0.571 -0.236 0.000 0.000 -0.002 -0.014 -0.006 Xác định x: Để xác định đợc x ta phải tính lặp nhiều lần Ta lần lợt phải giả định giá trị sau tính x lại tra bảng đợc cho giá trị tra bảng gần sát với giá trị giả định lúc chấp nhận giá trị tra bảng vừa tìm đợc Từ tính đợc :cotg ; fpe=1336 MPa ;fpc=F/A Bảng giá trị giả định để tính lặp Mặt cắt  Mc L/2 M/c (3L/8) M/c (2L/8) M/c (L/8) M/c (Gèi) 43.00 43.00 29.00 27.50 27.80 KÕt qu¶ tÝnh εx đợc thể bảng sau: Bảng 46 Mặt cắt F Mc L/2 5447.68 145764 2.3 778.24 0.00 M/c (3L/8) 4702.34 1104565 671.76 0.00 M/c (2L/8) 5586.37 145764 2.3 798.05 0.00 (N) A fpe fpc mm2 Mpa Mpa fpo Mu Mpa (N.mm ) 778.26 671.79 798.07 778.44 959.69 9738.53 9148.98 7315.66 4245.26 0.00 dv mm 1371.02 1371.02 1351.08 1265.17 1160.30 Vu  (N) 314.16 1.07 603.93 1.07 903.31 1.80 1212.30 1.92 1530.90 1.90 Aps mm2 7000 7000 Mpa Mpa 33994.48 200000 7000 33994.4 200000 7000 Ec Es 7000 33994.4 200000 33994.48 200000 33994.48 200000 As Ep mm2 Mpa 197000 Nu N 8716.29 197000 7523747 77 197000 3348969 197000 3260924 91 197000 4020231 48 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 x M/c (L/8) M/c (Gèi) 5448.90 6717.68 1104565 1457642 40 33 778.41 959.67 0.00 0.00 Ta thấy mặt cắt có x Mu= 95,554 KNm => Thoả mãn IX.5 Duyệt cờng độ kháng cắt Vc=0.083 Vs  f c' bvdv =0,083.2 30 200.1270.10-3=230,94 KN Av f y d v (cot g  cot g ) sin  s Trong ®ã s: bíc cèt thÐp, chọn s=200 mm Cốt đai dầm ngang sử dụng thÐp ®êng kÝnh 12 mm => Av=2 Vs= 3,1416.12 =226,1952 mm2 226,1952.420.1270(cot g 45)  10 = 603,26 KN 200 Vp= KN Cờng độ kháng cắt danh ®Þnh: V n=min[Vc+Vs+Vp , 0,25fc’.bv.dv] =min[834,2;1380] Vn=834,2 => Vr=0,9.834,2=750,78 KN >Vu= 314.2 KN => Thỏa mãn Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng 93 ... dầm) AutoCAD.Drawing.16 Mặt cắt gối (Mở rộng Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1): Yêu cầu: hmin=0,045.L Trong ta có: L: Chiều dài nhịp tính toán L=31200mm cầu hmin: chiều cao tối... Chiều dài nhịp tính toán L=31200mm cầu hmin: chiều cao tối thiểu kết cấu nhịp kể mặt hmin=1400+200=1600mm hmin=0,045.L=0,045.31200=14040 mm< h =1600mm =>Thỏa mãn Xác định chiều rộng cánh hữu hiệu... cáp mặt đứng nh hình vẽ sau: EMBED AutoCAD.Drawing.16 Đoàn văn Hoài A43 Lớp Cầu_đ ờng 30 Thiết Kế môn học Cầu Bê tông cốt thép DƯL EMBED AutoCAD.Drawing.16 mat cat tai goi mat cat giua nhip Bảng