Đồ án cầu thép liên hợp bản bê tông cốt thép

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ Mục lục PHẦN I – THIẾT KẾ SƠ BỘ .4 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1.1 Đánh giá điều kiện địa hình: 1.2 Các giải pháp kết cấu: .4 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ 2.1 Phương án I: 2.2 Phương án II: PHẦN II – TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT CHƯƠNG SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẦU 1.1 Số liệu chung 1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm 1.3 Xác định hệ số tính toán .9 CHƯƠNG KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ 10 2.1 Chiều dài tính toán KCN .10 2.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang 10 2.3 Qui mô thiết kế mặt cắt ngang cầu 11 2.4 Chiều cao dầm chủ 12 2.5 Cấu tạo bê tông mặt cầu 13 2.6 Tổng hợp kích thước dầm chủ .14 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ15 3.1 Các giai đoạn làm việc cảu dầm liên hợp 15 3.2 Xác định dặc trung hình học của mặt cắt giai đoạn I .18 3.3 Xác đinh dặc trưng hình học của mặt cắt giai đoạn II .20 3.4 Xác định dặc trưng hình học giai đoạn chảy dẻo 34 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ .40 4.1 Cấu tạo hệ liên kết kết cấu nhịp 40 4.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn I 49 SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ 4.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn II 50 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 52 5.1 Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy 52 5.2 Tính hệ số PBN đối với tải trọng HL93 54 5.3 Tổng hợp hệ số phân bố ngang 56 CHƯƠNG TÍNH TOÁN NỘI LỰC .58 6.1 Các mặt cắt tính toán nội lực 58 6.2 Đường ảnh hưởng nội lực 59 6.3 Xác định nội lực tại mặt cắt .61 CHƯƠNG KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ 74 7.1 Kiểm tra tính cân xứng chung của mặt cắt 74 7.2 Kiểm tra độ mảnh sườn dầm của mặt cắt đặc chắc 74 7.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 75 7.4 Kiểm tra tương tác sườn dầm với cánh chịu nén của mặt cắt đặc chắc 75 CHƯƠNG KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I 76 8.1 Kiểm toán sức kháng uốn của dầm chủ 76 8.1.1 Xác định sức kháng uốn danh định 76 8.1.2 Xác định sức kháng uốn tính tốn .77 8.2 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm chủ 78 CHƯƠNG KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI 82 9.1 Nguyên tắc tính toán .82 9.2 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất uốn 82 9.3 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất cắt 84 CHƯƠNG 10 KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG 85 10.1 Kiểm tra độ võng kết cấu nhịp .85 10.2 Kiểm tra dao động kết cấu nhịp 92 CHƯƠNG 11 TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG 93 11.1 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt gối 93 11.2 Kiểm toán sườn tăng cường tại mặt cắt trung gian 98 SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ CHƯƠNG 12 TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT 102 12.1 Nguyên tắc chung 102 12.2 Xác định tải trọng tác dụng lên neo .102 12.3 Xác định khả chịu lực của neo 104 12.4 Bố trí neo 106 12.5 Kiểm tra neo đinh mũ theo TTGH mỏi 107 CHƯƠNG 13 TÍNH TỐN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG 108 13.1 Lực tác dụng lên liên kết 108 13.2 Xác định chiều cao đường hàn 111 CHƯƠNG 14 TÍNH TỐN MỐI NỐI DẦM .113 14.1 Khả chịu lực của bulông 113 14.2 Tính toán mối nối bụng .115 14.3 Tính toán mối nối cánh .120 CHƯƠNG 15 TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU 124 15.1 Cấu tạo mặt cầu 124 15.2 Xác định nội lực mặt cầu 125 15.3 Tính toán và bố trí cốt thép 135 SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ PHẦN I - THIẾT KẾ SƠ BỘ * PHƯƠNG ÁN I : CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT * PHƯƠNG ÁN II : CẦU DẦM BTCT DƯL CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ ĐỀ RA CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1.1 Đánh giá điều kiện địa hình: Mặt cắt dọc sơng đối xứng, tḥn tiện cho việc bố trí kết cấu nhịp đối xứng Sông cấp V, chiều rộng khổ gầm cầu là 25 m và độ cầu L 0=124.64 m nên chọn giải pháp kết cấu phù hợp với điều kiện thi công Nhận xét: Nói chung với địa chất lòng sơng lòng sông vậy ta thấy thuận lợi cho việc thi công, giá thành củng việc thi công cọc khoan nhồi đắt tiền và phức tạp nhiều so với cọc đóng, dùng cọc khoan nhồi giảm bớt số lượng cọc và khả chịu tải lớn so với cọc đóng, hai phương án cầu ta sử dụng cọc đóng bê tông cốt thép 1.2 Các giải pháp kết cấu: 1.2.1 Nguyên tắc chung: – Đảm bảo mọi tiêu kỹ thuật được duyệt – Kết cấu phải phù hợp với khả và thiết bị của đơn vị thi công – Ưu tiên sử dụng công nghệ mới tiên tiến nhằm tăng chất lượng cơng trình, tăng tính thẩm mỹ I – I – Quá trình khai thác an toàn, thuận tiện và kinh tế 1.2.2 Giải pháp kết cấu cơng trình: *Kết cấu thượng bộ: – Giải pháp giản đơn kết cấu ƯST để so sánh chọn phương án ƯST để so sánh chọn phương án *Kết cấu hạ bộ: – Dùng móng cọc – Kết cấu mố chọn loại mố chữ U – Dùng trụ cầu toàn khối cho kết cấu cầu đơn giản SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ Trên sở phân tích và đánh giá phần trên, ta đề xuất phương án vượt sông sau: 2.1 Phương án I: – Loại cầu : cầu dầm thép liên hợp BTCT – Mô tả kết cấu phần trên: + Sơ đồ nhịp : Sơ đồ cầu giản đơn nhịp: 4x30 (m) + Tiết diện chữ I + Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác 300 + Các lớp mặt cầu gồm : Lớp BT nhựa Lớp phòng nước Lớp tạo độ dốc – Mô tả kết cấu phần dưới : + Dạng mố: Mố công xon BTCT – tường cánh xiên + Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp + Móng: Cọc đóng dài 24m D=45cm – Đường dẫn hai đầu cầu: + Lớp BTN mịn 5cm + Lớp BTN thô 7cm + Lớp CPĐD dày 30cm + Lớp CP đất đồi K98 + Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95 – Phương pháp thi công đạo : + Dầm thép chữ I được lắp ráp xưởng và vận chuyển tới chân cầu, dùng cần cẩu lao lắp + Thi cơng cọc: Dùng mày đóng cọc BTCT + Thi công mố: Đào đất hoặc đắp đê quay chắn đất (đắp lấn), hút nước (nếu có), đập bêtơng đầu cọc, đổ bêtông đệm M75 dày 10cm, dựng ván khuôn, cốt thép, đở bêtơng SVTH: HỒNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ + Thi công trụ: Xử lý bề mặt bệ trụ; dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông thân trụ 2.2 Phương án II: – Loại cầu: Cầu giản đơn BTCT DƯL – Mô tả kết cấu phần : + Sơ đồ nhịp: Sơ đồ cầu nhịp: 4x30 (m) + dầm chữ I BTCT DƯL + Lan can tay vịn, gờ chắn bánh BTCT Mác 300 + Các lớp mặt cầu gồm: Lớp BT nhựa Lớp phòng nước Lớp tạo độ dốc – Mô tả kết cấu phần dưới: + Dạng mố: Mố chữ U cải tiến BTCT + Trụ: Trụ đặc có thân thu hẹp + Móng: Móng cọc BTCT – Đường dẫn hai đầu cầu : + Lớp BTN mịn 5cm + Lớp BTN thô 7cm + Lớp CPĐD dày 30cm + Lớp CP đất đồi K98 + Nền đường được đắp từ đất đồi, lu lèn đến độ chặt K95 – Phương pháp thi công đạo: + Dầm BTCT chữ I được đúc bờ, dùng cần cẩu lao lắp lên nhịp + Thi cơng cọc đóng BTCT + Thi công mố: Đào đất hoặc đắp đê quay chắn đất (đắp lấn), hút nước (nếu có), đập bêtông đầu cọc, đổ bêtông đệm M75 dày 10cm, dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông + Thi công trụ: Xử lý bề mặt bệ trụ; dựng ván khuôn, cốt thép, đở bê tơng thân trụ SVTH: HỒNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN GVHD: HỒ VĨNH HẠ Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ PHẦN II - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẦU 1.1 Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu dầm giản đơn liên hợp thép – BTCT - Tần suất thiết kế: P = - Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05 - Chiều dài nhịp: L - Điều kiện thông thuyền: Sông thông thuyền cấp V = 1% 30 m + Bề rộng thông thuyền: Btt = 25 m + Tĩnh không thông thuyền: Htt = 3.5 m - Khổ cầu: 7+2x1,5m: + Bề rộng phần xe chạy: Bxe = + Lề người bộ: 2x1,5m: ble = 2x1.5 m + Chân lan can: 2x0,5m: blc = 2x0.5 m + Vạch sơn: bw = 2x0,2 m + Bề rộng toàn cầu: Bcau= 7+2x1.5+2x0.5 Bcau = – Hoạt tải thiết kế: 11 m m 0.65HL 93 + KN/ m 1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm – Thép chế tạo neo liên hợp: Cường độ chảy qui định nhỏ nhất: fy = 345 Mpa – Cốt thép chịu lực mặt cầu: Cường độ chảy qui định nhỏ nhất: fy = 345 Mpa – Vật liệu chế tạo mặt cầu : ' + Cường độ chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày : f c = 30 Mpa + Trọng lượng riêng của bê tông :c = 2,4 T/m3 = 24 kN/m3 + Mô đun đàn hồi của bêtông được tính theo cơng thức: (5.4.2.3) SVTH: HỒNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ Eb  0, 043*  1,5 c f c'  0, 043* 24001,5 30  27691.5Mpa – Vật liệu thép chế tạo dầm: Loại thép sử dụng (cấp): 345: + Cường độ chảy nhỏ của thép : fy = 345 Mpa 3   7850 kG / m  78,5 kN / m t + Trọng lượng riêng thép + Cường độ chịu kéo nhỏ nhất: fu = 450 Mpa + Mô đun đàn hồi của thép: Et = 2,0x 105 Mpa 1.3 Xác định hệ số tính toán – Hệ số tải trọng : + Tĩnh tải giai đoạn I: 1=1,25 và 0,9 + Tĩnh tải giai đoạn II : 2 = 1,5 và 0,65 +Hoạt tải 0.65HL 93 và đoàn người : h=1,75 và 1,0 – Hệ số xung kích: 1+IM Chỉ xét hệ số xung kích cho xe tải thiết kế và xe trục thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm Không áp dụng hệ số xung kích cho tải trọng làn và tải trọng người Trừ mối nối mặt cầu, tất phận khác của kết cấu nhịp có hệ số xung kích sau: TTGH Cường độ Sử dụng Mỏi 1+IM 1.25 1.25 1.15 – Hệ số làn: Trong mỗi trường hợp tải trọng chiều dài nhịp L tt  25m phải xét thêm hệ số làn xe m (giá trị này mặt định là 1) + Theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 hệ số làn m được lấy sau: Bảng hệ số làn xe m SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ Số làn n Hệ số làn m 1,2 1,0 0,85 >3 0,65 + Ở cầu được thiết kế làn nên ta lấy hệ số làn: m =1 KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ 2.1 Chiều dài tính toán KCN – Chiều dài nhịp: L= 30 m – Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0,3 m Chiều dài tính toán KCN: Ltt = L-2a = 30 – 0,3x2 = 29.4 m 2.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang 2.2.1 Trường hợp số dầm ít: ndc=2 – Ưu điểm: giảm chi phí thép chế tạo dầm và giảm chi phí thi công cầu – Nhược điểm: Nội lực dầm lớn phải tăng chiều cao dầm dẫn đến tăng chiều dài cầu chiều cao đất đắp đường đầu cầu tăng tổng chi phí xây dựng cơng trình – Trong trường hợp số dầm ít hệ số phân bố ngang thường được tính theo phương pháp đòn bẩy 2.2.2 Trường hợp sớ dầm nhiều: ndc >4 – Ưu điểm: Nội lực dầm nhỏ giảm chiều cao dầm chiều dài cầu và chiều cao đất đắp đường đầu cầu giảm được tởng chi phí xây dựng cơng trình – Nhược điểm: Tăng chi phí vật liệu thép chế tao dầm chi phí thi công KCN số cụm dầm phải lao lắp lớn và đồng thời tăng tĩnh tải mặt cầu – Khi lựa chọn số dầm nên đảm bảo khoảng cách dầm S =1.22.4 m là hợp lý nhất, không nên thiết kế khoảng cách dầm chủ lớn 3m ,vì mặt cầu làm việc bất lợi Đồng thời liên kết ngang dầm nên không đảm bảo độ cứng cho kết cấu nhịp, cầu bị dao động lớn Trong bài toán thiết kế này vào bề rộng thiết kế của cầu 10.5m nên ta chọn trường hợp số dầm chủ nhiều: n = dầm chủ SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ 0.55 P =25.2 DC=4.8 Dw=2.3 Hình 1.4 Đah moment lên mặt cầu * Moment: tại nhịp dầm đơn giản M M 0+ =η[γ DC DC.ωM DC1 +γ DW DW.ω DW +m.γ LL (1+IM).LL.y LL ] * Moment dương: tại mặt cắt nhịp tính hiệu ứng ngàm đầu M +L/2 =0,5.M 0+ * Moment âm: tại mặt cắt gối tính hiệu ứng ngàm đầu M -L/2 = - 0,8.M 0 Trong đó: + η =1.05:Hệ số điều chỉnh tải trọng + γ DC + γ DW + + :hệ số tải trọng tĩnh tải giai đoạn I : hệ số tải trọng tĩnh tải giai đoạn II DC=4.8 kN/m, DW=2.3 kN/m γ LL ,γ PL :Hệ số tải trọng của hoạt tải xe và người + m :Hệ số làn chất tải, m = 1,2 với làn chất tải M M     0, 605 m DC DW + : Diện tích phần đường ảnh hưởng Moment dưới tác dụng của tĩnh tải SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 129 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ * Moment: tại nhịp dầm đơn giản + TTGHCĐ I: M =44.2(KN.m) + M =25.1(KN.m) TTGHSD : * Moment dương: tại mặt cắt nhịp tính hiệu ứng ngàm đầu + M 44.2=22.1(KN.m) L / =0.5 � TTGHCĐ I: + M 25.1=12.55(KN.m) L / =0.5 � TTGHSD : * Moment âm: tại mặt cắt gối tính hiệu ứng ngàm đầu TTGHCĐ I: M L =0.8 �44.2=35.36(KN.m) TTGHSD : M -L =0.8 �25.1=20.08(KN.m) Ta thấy dầm có mơmen âm mặt cắt tại gối lớn nhất, vậy ta xét trường hợp này để tính cốt thép cho dầm TÍNH TỐN LỰC CẮT TẠI NGÀM * Lực cắt: tại gối dầm đơn giản � V V  L� V  �  DC1.DC1.DC   DW DW  DW  m. LL (1  IM ).LL � 2� � Trong đó: + η :Hệ số điều chỉnh tải trọng + γ DC1 + γ DW + γ LL ,γ PL :hệ số tải trọng của thân kết cấu : hệ số tải trọng tĩnh tải của thân kết cấu :Hệ số tải trọng của hoạt tải xe và người + m :Hệ số làn chất tải, m = 1,2 với làn chất tải m = với hai làn chất tải + v v ω DC1 ,ω DW :Diện tích phần đường ảnh hưởng Moment dưới tác dụng của V V     0.5 � 2.2  1.1 m DC DW tĩnh tải: SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 130 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ * Sơ đồ tính toán P=25.2 DC=4.8 Dw=2.3 * Lực cắt: TTGHCĐ I: TTGHSD : V0 =87.318(KN) V0 =83.16(KN) TÍNH BẢN HẪNG A.TĨNH TẢI TÁC DỤNG: - Trọng lượng thân mặt cầu: DC1 =4.8 (KN/m) - Trọng lượng lan can: DC2=1.9 (KN) -Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: DW= 2.3(KN/m) B HOẠT TẢI TÁC DỤNG: - Tải trọng người là tải trọng phân bố Phần đường dành cho người rộng B=1,5(m) Tải trọng người (KN/m2) Lực phân bố tải trọng người PL= 4.5 (KN/m) SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 131 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ C SƠ ĐỒ TÍNH: Hình 1.10 Sơ đờ tính hẫng L1-Chiều dài hẫng: L1=1.1 m L2-Khoảng cách từ tim lan can đến ngàm: L2=0.85 m L3-Chiều dài phần có lớp phủ mặt cầu: L3 = 0.6 m *Moment ngàm � � L2 L2 L2 M - =η � γ DC1 DC1 +γ DC2 DC L +γ DW DW +γ PL PL  m.(1  IM )γ LL LL.L � 2 � � Trong đó: + η :Hệ số điều chỉnh tải trọng + γ DC1 =γ DC2 :Hệ số tải trọng của thân kết cấu + γ DW : Hệ số tải trọng tĩnh tải của thân kết cấu + γ PL :Hệ số tải trọng của người SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 132 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ Tính Moment DC1 (KN/m) 4.8 DC2 (KN) DW PL (KN/m) (KN/m) 2.3 4.5 1.9 LL MOMEN (KN.m) (KN) TT GHCD1 25.2 28.91 TT GHSD 17.08 * Lực cắt ngàm : V = η. γ DC DC1 L1 + γ DC DC + γ DW DW.L3 + γ PL PL.L3  m.(1  IM ).LL  Tính lực cắt DC1 DC2 (KN/m) 4.8 (KN) DW PL (KN/m) (KN/m) (KN) 2.3 4.5 38.77 1.9 LL Tính lực cắt V (KN) TT GHCD1 80.01 TT GHSD 51.3 Nội lực để kiểm toán mặt cầu Nội lực hẫng TTGH cường độ TTGH sử dụng Mômen âm M 28.91 17.08 (KN.m) Lực cắt V 86.01 51.3 (KN) Nội lực dầm TTGH cường độ TTGH sử dụng Mômen dương M+ 22.1 12.55 (KN.m) Mômen âm M- -35.36 -20.08 (KN.m) Lực cắt dương V 87.318 83.16 (KN) Đơn vị Đơn vị 8.7.4.1Nội dung tính tốn bớ trí cớt thép 8.7.4.1.1 Tính tốn bố trí cốt thép mặt cầu chịu mômen âm Kích thước cấu tạo của mặt cắt: + Bề rộng mặt cắt: b=100cm + Chiều cao mặt cắt h=20cm SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 133 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU +Diện tích mặt cắt: GVHD: HỒ VĨNH HẠ A g  b �h  100 �20  2000cm – Mặt cắt mặt cầu là mặt cắt hình chữ nhật ta dùng cơng thức của mặt cắt chữ nhật để tính toán và kiểm duyệt khả chịu lực của mặt cắt – Sơ đồ tính : Sơ đồ tính với mặt cắt chữ nhật * Vật liệu thiết kế cho mặt cầu là: - Bê tơng mặt cầu: fc’=30Mpa, có Ec = 27691 MPa - Cốt thép : fy=420MPa - Lớp bảo vệ: Theo bảng 5.12.3.1 - TCN272-05: + Mép bản: a = 50mm + Mép dưới bản: a = 50mm * Tính toán: - Sức kháng uốn của : Mr = ф.Mn Trong đó: + ф – hệ số sức kháng quy định theo TCN 5.5.4.2.1 ф = 0,9 đối với trạng thái giới hạn cường độ (cho BTCT thường) + Mr – sức kháng uốn tính toán + Mn – sức kháng uốn danh định -Đối với cấu kiện chịu uốn sự phân bố ứng suất gần theo hình chữ nhật quy định 5.7.2.2 TCN272-05 Mn xác định theo 5.7.3.2.3 TCN272-05 SVTH: HỒNG TRỌNG QUYỀN Trang 134 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ a a a a hf M n =A ps ×f ps ×(d p - )+A s ×f y ×(d s - )-A s' ×f y' ×(d s' - )+0,85×f c' ×(b-b w )×β×h ×( - ) f 2 2 Vì khơng có cốt thép ứng suất trước, b = bw và coi A’s = M n =A s ×f y ×(d s - a ) Trong đó: + As – diện tích cốt thép thường chịu kéo mm2 + fy – giới hạn chảy quy định của cốt thép MPa + ds – khoảng cách tải trọng từ thớ nén ngoài đến trọng tâm cốt thép thường chịu kéo mm ' + A s – diện tích cốt thép thường chịu nén mm2 + f y' – giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu nén MPa ' + d s khoảng cách từ thớ ngoài chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén mm ' + f c – cường độ chịu nén của bêtông 28 ngày MPa + b – bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện mm + bw – chiều dày của bụng hoặc mặt cắt tròn mm + β1 – hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định TCN 5.7.2.2 + h f – chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện + a=c.β1 : bề dày của khối ứng suất tương đương (mm) theo TCN5.7.2.2 a=c.β 1= A ps ×f ps +A s ×f y -As' ×f y' ' c 0,85×f ×b w ×β1 β 1= As ×f y 0,85×fc' ×b (Do A s' =0) - Theo trạng thái giới hạn cường độ 1, cốt thép phải bố trí cho mặt cắt đủ khả chịu lực *Bố trí cốt thép chịu mômen âm mặt cầu(cho mét dài BMC) kiểm tốn theo TTGH cường độ I - Mơmen tính tốn cho mơmen âm của mặt cầu : Mu = -35.36 (KN.m) - Chiều cao có hiệu SVTH: HỒNG TRỌNG QUYỀN Trang 135 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ d s- =150 (mm) - Ta chọn số kiểm toán cường độ + Bố trí cốt thép 20,diện tích cốt thép có: As=5X314= 1570 mm2 Hệ số chuyển đởi hình khối ứng suất theo 22TCN272-05 mục 5.7.2.2, ta có: β1 = 0,85-0,05(30-28)/7= 0,836 c As �f y 0,85 �f c' �1 �b  1570 �420  30.93mm 0,85 �30 �0,836 �1000 a  c.1  0.836 �30.93  25.86mm 25.86 � � a� � M n  As f y �d s  � 1570 �420 �� 150  � 90.38( kN m) � � 2� � M r  .M n  0,9 �90.38  81.34  M u  35.36( kN m) - Vậy thoả mãn mặt cường độ * Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa (điều 5.7.3.3.1) - Phải thoã mãn điều kiện: c/de ≤ 0,42 Trong + c: khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài đến trục trung hoà + de=khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùngđến trọng tâm lực kéo của cốt thép chịu kéo de= ds=150(mm); c 30.93   0, 21  0, 42 d e 150 Thỏa mãn * Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : - Phải thỏa mãn: As 0,03.f c, ρ = � b.h f fy ρ :Tỷ lệ thép chịu kéo và diện tích nguyên   1570 0, 03.30 � � 0.0079  0.0021 1000 �200 420 => THỎA MÃN * Cự ly tối đa thép : - Khoảng cách lớn cốt thép chủ của 1,5 lần chiều dày hoặc 450mm (5.10.3.2) Với chiều dày 200mm: SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 136 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ smax = 1,5x200 = 300mm Chọn s = 200mm Như vậy ta chọn 5Φ20a200 * Bố trí cốt thép chịu mômen dương mặt cầu(cho mét dài BMC) kiểm tốn theo TTGH cường độ I + Khơng xét đến cốt thép chịu nén(đã bố trí cho mômen âm mặt cầu) + Mơmen tính tốn cho mơmen dương của mặt cầu : Mu = 22.1 (KN.m) - Chiều cao có hiệu d s+ = 150 (mm) - Ta chọn số kiểm toán cường độ +Bố trí cốt thép 516 có As = 5x201 = 1005 mm2 +Hệ số chuyển đởi hình khối ứng suất theo 22TCN272-05 mục 5.7.2.2, ta có: β1 = 0,85-0,05(30-28)/7= 0,836 c As �f y 0,85 �f �1 �b ' c  1005 �420  19.8mm 0,85 �30 �0,836 �1000 a  c.1  0.836 �19.8  16.55mm 16.55 � � a� � M n  As f y �d s  � 1005 �420 �� 150  � 59.82(kN m) � � 2� � M r   M n  0,9 �59.82  53.84  M u  22.1( kN m) Vậy thoả mãn mặt cường độ * Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa (điều 5.7.3.3.1) - Phải thoã mãn điều kiện: c/de ≤ 0,42 de= ds=150(mm); Trong + c: khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài đến trục trung hoà c 19.8   0,132  0, 42 d e 150 Thỏa mãn * Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu : - Phải thỏa mãn: As 0,03.f c, ρ = � b.h f fy SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 137 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ ρ :Tỷ lệ thép chịu kéo và diện tích nguyên   1005 0, 03.30 � � 0.005  0.0021 1000 �200 420 => Thỏa mãn * Cự ly tối đa thép : - Khoảng cách lớn của cốt thép chủ của 1,5 lần chiều dày hoặc 450mm (5.10.3.2) Với chiều dày 200mm: smax= 1,5.200 = 300mm Chọn s = 200mm Như vậy ta chọn 5Φ16a200 8.7.4.1.2 Bố trí cốt thép – Cốt thép thường được bố trí thành lưới, lưới gồm cách thép Ø=20, lưới dưới gồm thép Ø=16 đặt cạnh với khoảng cách @20cm Khoảng cách từ lưới thép bêtông a = a’ = cm BỐTRÍ CỐ T THÉ P BẢ N MẶ T CẦ U TL 1:40 13.2.1.3 Kiểm tốn theo trạng thái giới hạn sử dụng - Kiểm toán theo trạng thái giới hạn sử dụng là kiểm toán nứt của bêtơng - Cơng thức kiểm tra: SVTH: HỒNG TRỌNG QUYỀN Trang 138 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU -Nếu GVHD: HỒ VĨNH HẠ fct ≤ 0,8.fr => mặt cắt chưa bị nứt Trong đó: + fr: Cường độ chịu kéo uốn của bêtơng fr = 0.63×= 0.63× =3.45 Mpa + fct: Ứng suất kéo tại thớ ngoài của mặt cắt nguyên - Nếu fct >0,8.fr, mặt cắt bị nứt Kiểm soát điều kiện hạn chế bề rộng vết nứt: � Z � f s �fsa  � ;0,6f y� 1/3 (d A) � c � Trong đó: + fs: Là ứng suất cốt thép chịu kéo nội lực của tổ hợp tải trọng sử dụng gây + A: Là diện tích của vùng bê tơng chịu kéo có trọng tâm với cốt thép chịu kéo + fy: Giới hạn chảy của cốt thép thường + dc: Là chiều dày lớp bê tông bảo vệ tính từ tâm của cốt thép đến thớ chịu kéo ngoài của bê tông + Z: Là thông số bề rộng vết nứt Với cấu kiện môi trường khắc nghiệt: Z = 23000N/mm Với cấu kiện môi trường thông thường: Z = 30000N/mm 13.2.1.4 Tính cho mặt cắt chịu momen dương lớn nhất: - Mô men uốn lớn tại mặt cắt nhịp của sơ đồ kê hai cạnh có: Ma = 12.55kN.m - Mặt cắt kiểm toán là mặt cắt chữ nhật: + Chiều cao: h = ts = 200mm + Bề rộng: b = 1000mm - Xác định fct: f ct  Ma 10M a 100 �12.55.106 yct    1.88MPa bh3 1000 �2003 Ig 12 12 SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 139 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ - Ta có: fct = 1.88MPa < 0,8.fr = 0,8.3,45 = 2,76MPa => Mặt cắt chưa nứt 13.2.1.5 Tính cho mặt cắt có momen âm lớn - Mômen uốn mặt cắt gối của kê hai cạnh: Ma = 20.08kN.m - Mặt cắt kiểm toán là mặt cắt chữ nhật: + Chiều cao: h = ts = 200mm + Bề rộng: b = 1000mm - Xác định fct: f ct  + Ma 10 M a 100 �20.08 �106 yct    3.01MPa bh3 1000 �2003 Ig 12 12 - Ta có: fct = 3.01MPa > 0,8.fr = 0,8.3.45 = 2.76MPa => Mặt cắt nứt Kiểm tra theo điều kiện f s �f sa = f sa = Z  d c A  Z  d c A  1/3 1/3 �0,6f y ,f s =n M y ICT Trong đó: + dc: chiều cao phần bê tông tính từ thớ ngoài chịu kéo đến tâm của hay sợi đặt gần nhất, nhằm mục đích tính toán phải lấy chiều dày tĩnh của lớp bê tông bảo vệ : dc �50 mm + Z: thông số bề rộng vết nứt 30000 (N/mm) +fsa: ứng suất kéo cốt thép TTGH sử dụng +A: diện tích phần bê tơng có trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo + M : mô men uốn tinh theo TTGH SD +ICT: mô men quán tính của tiết diện nứt + n=Es/Ec tỉ số môđun đàn hồi để chuyển cốt thép sang bêtơng n được làm tròn đến số ngun và khơng được nhỏ (A5.7.1) • Mơđun đàn hồi của cốt thép: Es = 200000 (Mpa) • Mơđun đàn hồi của bêtông Ec được xác định theo công thức: SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 140 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ yc = 2400(kg/m3) : Tỷ trọng của bêtông Với: fc’= 30 (Mpa) : Cường độ chịu nén 28 ngày của bêtơng Hình 1.11.Xác định trục trung hòa mặt cầu - Tính fs: + Tổng mômen tĩnh đối với trục qua cạnh dưới của mặt cắt: b.h S= +n.As d+n.A's d' Trong đó: + d = 50 (mm) + d’ = 150 (mm) + As = 520 = 5x314= 1570mm2 + As’ = 516 =5x 201= 1005 mm2 + h =200 mm + b = 1000mm => S 1000.2002  7, 22 �1570 �50  7, 22 �1005 �150  21.65 �10 ( mm3 ) + Diện tích mặt cắt: Adt  b.h  n As  n As' '  1000 �200  7, 22 �1570  7, 22 �1005  21.8 �10 ( mm ) + Khoảng cách từ trục trung hoà tới mép dưới của mặt cắt: y S 21.65 �106   99.31( mm) A 21.8 �104 + Mômen quán tính của mặt cắt SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 141 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ bh3 1000.2003 ' ' I  n As ( d  y )  n As (d  y )   7, 22 �1570 �(150  99.31) 12 12 7, 22 �1005 �(50  99.31)  7,13 �10 ( mm ) + Ứng suất cốt thép mép dưới fs : �20.08 �106 �99.31 � �M y � f s  n �  7, 22 � � 20.19MPa � �I � � 7,13 �10 � dc = d’ = 50 mm 2.50.1000  20000( mm2 ) Z 30000 f sa    300MPa  0, f y  0, 6.420  252MPa 1/3 1/3  d A  50.20000  A f s  20.19MPa  0, f y  252 MPa => Thỏa điều kiện chống nứt KIỂM TRA BẢN MẶT CẦU THEO ĐIỀU KIỆN KHÁNG CẮT: * Kiểm tốn theo cơng thức: VΦ.V � n Trong : + V: lực cắt tính toán + Φ : Hệ số sức kháng cắt lấy theo bảng 5.5.4.2-1 TCN272-05, Φ =0,9 + V: Sức kháng cắt danh định được tính theo điều 5.8.3.3 TCN272-05 - Sức kháng cắt danh định Vn phải được xác định trị số nhỏ của: Vn= Vc + Vs + Vp Trong đó: (TCN272-05 5.8.3.3-1) Vn = 0,25.f c, b v d v +Vp                                            (TCN272-05 5.8.3.3-2) Vc =0,083. β f c,  .b v d v                         (TCN272-05 5.8.3.3-3) Vs = A v f y d v (cotgθ+cotgα).sinα s (TCN272-05 5.8.3.3-4) Với : + bv - Bề rộng bụng hữu hiệu lấy bề rộng bụng nhỏ chiều cao dv, được xác định theo điều 5.8.2.7 TCN272-05 (mm) + dv - chiều cao chịu cắt hữu hiệu được xác định điều 5.8.2.7 TCN272-05 SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 142 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ + s - Cự ly của cốt thép đai (mm) +  - Hệ số khả của bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo được qui định điều 5.8.3.4 TCN272-05 + θ - góc nghiêng của ứng suất nén chéo được xác định theo điều 5.8.3.4 +  - góc nghiêng của cốt thép ngang đối với trục dọc (độ) + Av- diện tích cốt thép chịu cắt cự ly s (mm2) + Vp- thành phần dự ứng lực hữu hiệu hướng lực cắt tác dụng Vì không bố trí cốt thép dự ứng lực nên ta bỏ qua thành phần Vp + bv = 1000mm + dv = chiều cao chịu cắt hữu hiệu, được lấy cự ly đo thẳng góc với trục trung hòa hợp lực kéo và lực nén uốn, không lấy ít trị số lớn của : 0,9de hoặc 0,72h (mm) Chọn dv là giá trị lơn từ giá trị sau: 0,9de = 0,9.(200-50) = 135mm 0,72h = 0,72.200 =144mm 150-16.55/2 = 141.73mm Vậy dv= 144mm Ta có: Vn1 xác định theo 5.8.3.3-2 là: + Tính Vn2: Vn= Vc + Vs + Vp Thấy Φ.Vc= 0,9.130,928 = 117,835 (KN) > V =87.31 (KN) Không cần phải tính Vs � Đạt về sức kháng cắt SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang 143 ... toán và bố trí cốt thép 135 SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ PHẦN I - THIẾT KẾ SƠ BỘ * PHƯƠNG ÁN I : CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT * PHƯƠNG ÁN II : CẦU... ván khn, cốt thép, đở bêtơng SVTH: HỒNG TRỌNG QUYỀN Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ + Thi công trụ: Xử lý bề mặt bệ trụ; dựng ván khuôn, cốt thép, đổ bêtông thân trụ 2.2 Phương án. .. rộng cánh bc 40 cm Số tập cánh n Chiều dày t SVTH: HOÀNG TRỌNG QUYỀN cm Trang 14 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU GVHD: HỒ VĨNH HẠ Tổng chiều dày cánh tc cm Bề rộng cánh dưới bt 70 cm Số tập cánh dưới