Thiết kế cầu dầm thép L=30 m

Thiết kế cầu dầm thép liên hợp bản bê tông cốt thép L=30 m Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN27205 Chiều dài nhịp : L = 30 m Khổ cầu : + Bề rộng xe chạy : + Lề người đi bộ : + Bề rộng toàn cầu : Tải trọng thiết kế : HL93 + 3.103 Mpa

Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm MỤC LỤC I SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ 1.1 Số liệu chung 1.2 Tính chất vật liệu chế tạo dầm 1.3 Các hệ số tính tốn II CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP 2.1 Chiều dài tính toán kết cấu nhịp 2.2 Lựa chọn số dầm chủ mặt cắt ngang 2.3 Quy mô thiết kế mặt cắt ngang cầu .7 2.4 Chiều cao dầm chủ 2.5 Cấu tạo bê tông mặt cầu .8 2.6 Tổng hợp kích thước thiết kế dầm chủ III XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ 11 3.1 Các giai đoạn làm việc cầu dầm liên hợp 11 3.1.1 Trường hợp 11 3.1.2 Trường hợp 12 3.2 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I 13 3.3 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II .15 3.3.1 Mặt cắt tính tốn giai đoan II .15 3.3.2 Xác định bề rộng tính tốn bê tông .16 3.3.3 Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép .17 3.3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt dầm biên .17 3.3.5 Xác định ĐTHH mặt cắt dầm .24 3.4 Xác định ĐTHH mặt cắt giai đoạn chảy dẻo .31 3.4.1 Mặt cắt tính tốn 31 3.4.2 Xác định vị trí trục trung hồ mặt cắt 31 3.4.3 Xác định chiều cao phần sườn chịu nén .33 3.4.4 Xác định mômen chảy My 34 3.4.5 Xác định mômen dẻo Mp 36 IV XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ 39 4.1 Cấu tạo hệ liên kết kết cấu nhịp .39 4.1.1 Hệ liên kết ngang mặt cắt gối 39 4.1.2 Hệ liên kết ngang mặt cắt trung gian .40 4.1.3 Hệ sườn tăng cường dầm thép 42 Trần Văn Tuấn Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm 4.1.4 Hệ liên kết dọc cầu .44 4.2 Xác định tĩnh tải giai đoạn I 45 4.3 Xác định tĩnh tải giai đoạn II 47 V XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG 49 5.1 Tính hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy 49 5.1.1 Tính hệ số phân bố ngang dầm biên .49 5.1.2 Tính hệ số phân bố ngang dầm .50 5.2 Tính hệ số phân bố ngang hoạt tải HL - 93 50 5.2.1 Điều kiện tính tốn .50 5.2.2 Tính tham số độ cứng dọc 50 5.2.3 Tính hệ số phân bố ngang mơmen 51 5.2.4 Tính hệ số phân bố ngang lực cắt .52 5.3 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang 52 5.3.1 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang dầm biên .52 5.3.2 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang dầm 53 5.3.3 Xác định hệ số phân bố ngang tính tốn .53 VI TÍNH TỐN NỘI LỰC 54 6.1 Các mặt cắt tính tốn nội lực 54 6.2 Đường ảnh hưởng nội lực 55 6.2.1 Vẽ ĐAH mômen mặt cắt tính tốn 55 6.2.2 Đường ảnh hưởng lực cắt 55 6.2.3 Tính diện tích đường ảnh hưởng 55 6.3 Xác định nội lực mặt cắt tính tốn 56 6.3.1 Tính nội lực tĩnh tải .56 6.3.2 Tính nội lực tải trọng tải trọng Người 57 6.3.3 Tính nội lực xe tải thiết kế (Truck) xe trục thiết kế( Tandem) 58 6.3.4 Tổng hợp nội lực 65 VII KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ .67 7.1 Kiểm tra tính cân xứng chung mặt cắt 67 7.2 Kiểm tra độ mảnh sườn dầm mặt cắt đặc 67 7.3 Kiểm tra độ mảnh cánh chịu nén mặt cắt đặc .68 7.4 Kiểm tra tương tác sườn dầm với cánh chịu nén mặt cắt đặc chắc.68 VIII KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I 70 8.1 Kiểm toán sức kháng uốn dầm chủ .70 8.1.1 Sức kháng uốn mặt cắt liên hợp đặc 70 8.1.2 Kiểm toán khả chịu lực dầm 71 Trần Văn Tuấn Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm 8.2 Kiểm toán sức kháng cắt dầm chủ 71 8.2.1 Xác định hệ số c 71 8.2.2 Sức kháng cắt dầm chủ 72 8.2.3 Kiểm toán khả chịu cắt dầm 74 IX KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH MỎI .75 9.1 Ngun tắc tính tốn 75 9.2 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất uốn 75 9.2.1 Cơng thức kiểm tốn 75 9.2.2 Xác định ứng suất dầm tải trọng mỏi 75 9.2.3 Kiểm toán ứng suất mỏi uốn 77 9.3 Kiểm toán theo điều kiện ứng suất cắt 77 9.3.1 Công thức kiểm toán 77 9.3.2 Xác định ứng suất cắt dầm tải trọng mỏi 77 9.3.3 Kiểm toán ứng suất mỏi cắt 78 X KIỂM TOÁN DẦM CHỦ THEO TTGH SỬ DỤNG .79 10.1 Kiểm toán độ võng kết cấu nhịp .79 10 Nguyên tắc chung .79 10 Kiểm tra độ võng tĩnh tải theo phân tích đàn hồi 79 10 Kiểm tra độ võng hoạt tải thép phân tích đàn hồi 80 10 Tính độ vồng 83 10.2 Kiểm toán dao đọng kết cấu .84 XI TÍNH TỐN BỐ TRÍ SƯỜN TĂNG CƯỜNG .86 11.1 Kiểm toán sườn tăng cường mặt cắt gối .86 11.1.1 Bố trí sườn tăng cường mặt cắt gối 86 11.1.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo 87 11.1.3 Kiểm tra sức kháng ép mặt .87 11.1.4 Kiểm tra sức kháng nén dọc trục 88 11.1.5 Kiểm tra độ mảnh giới hạn .89 11.2 Kiểm toán sườn tăng cường mặt cắt trung gian 89 11.2.1 Bố trí sườn tăng cường trung gian 89 11.2.2 Kiểm tra điều kiện cấu tạo 90 11.2.3 Kiểm tra mơmen qn tính sườn Tăng cường 91 11.2.4 Kiểm tốn diện tích sườn tăng cường 91 XII TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ NEO LIÊN KẾT 93 12.1 Nguyên tắc chung 93 12.2 Xác định tải trọng tác dụng lên neo 93 Trần Văn Tuấn Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm 12.2.1 Sự phát sinh lực trượt lực bóc 93 12.2.2 Lực trượt danh định tác dụng lên neo .93 12.3 Xác định khả chịu lực neo .94 12.3.1 Loại neo sử dụng 94 12.3.2 Sức kháng cắt neo 94 12.3.3 Sức kháng mỏi neo .95 12.4 Bố trí neo 96 12.5 Kiểm toán neo theo đinh mũ theo TTGH Mỏi 97 XIII TÍNH TỐN LIÊN KẾT BẢN CÁNH VỚI BẢN BỤNG 98 13.1 Lực tác dụng lên liên kết 98 13.1.1 Lực gây trượt cánh bụng 98 13.1.2 Áp lực phân bố tải trọng bánh xe 99 13.2 Xác định chiều cao đường hàn 99 13.2.1 Cường độ đường hàn góc 99 13.2.2 Xác định chiều cao đường hàn .100 XIV TÍNH TỐN MỐI NỐI DẦM 101 14.1 Khả chịu lực bu lông 101 14.2 Tính tốn mối nối bụng 103 14.2.1 Cấu tạo mối nối dầm 103 14.2.2 Cấu tạo mối nối bụng .104 14.2.3 Kiểm toán khả chịu lực bulông 105 14.3 Tính tốn mối nối cánh 107 14.3.1 Mối nối cánh .107 14.3.2 Mối nối cánh 108 XV TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU .111 15.1 Cấu tạo mặt cầu 111 15.2 Xác định nội lực mặt cầu 111 15.2.1 Diện tích tiếp xúc bánh xe 111 15.2.2 Chiều dài tính tốn .111 15.2.3 Bề rộng tính tốn .112 15.2.4 Xác định nội lực trong(bản liên tục) 112 15.2.5 Xác định nội lực hẫng 116 15.3 Tính tốn bố trí cốt thép .118 15.3.1 Nội dung tính tốn bố trí cốt thép 118 15.3.2 Bố trí cốt thép chịu lực mặt cầu .122 Trần Văn Tuấn Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm THIẾT KẾ CẦU DẦM GIẢN ĐƠN LIÊN HỢP THÉP - BTCT I SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẦU 1.1 SỐ LIỆU CHUNG - Tiêu chuẩn thiết kế : 22TCN272-05 - Chiều dài nhịp : L = 30 m - Khổ cầu : 8.0 + ×1.5 + × 0.5m + Bề rộng xe chạy : B = 8( m) + Lề người : × 1.5 ( m ) + Bề rộng toàn cầu : Bcâu = 12 ( m ) HL93 + 3.10-3 Mpa - Tải trọng thiết kế : - Vật liệu chế tạo kết cấu : +Thép cacbon M270 + Bê tơng có cường độ chịu nén : f c' = 30Mpa - Liên kết dầm : + Liên kết dầm chủ đường hàn + Liên kết mối nối bulơng cường độ cao 1.2 TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CHẾ TẠO DẦM - Thép chế tạo neo liên hợp: Cường độ chảy quy định nhỏ f y = 250Mpa - Cốt thép chịu lực mặt cầu: Cường độ chảy quy định nhỏ f y = 420Mpa - Vật liệu chế tạo mặt cầu: + Cường độ chịu nén bêtông tuổi 28 ngày: f c' = 30Mpa + Trọng lượng riêng bêtông: γc = 24kN / m + Mô đun đàn hồi bêtông đựơc xác định theo công thức: E c = 0, 043γ c1,5 f c ' = 0, 043.24001,5 30 = 27691.47(MPa) - Vật liệu thép chế tạo dầm: Thép hợp kim M270M cấp 345W Trần Văn Tuấn Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Mơn Cầu Hầm CÁC ĐẠI LƯỢNG KÍ HIỆU GIÁ TRỊ Mác thép M272M Cấp thép 345W Giới hạn chảy thép fy 345 Giới hạn kéo đứt thép fu 485 Mơđun đàn hồi thép Es × 105 + Không xét tượng từ biến n + Có xét đến tượng từ biến n' 24 ĐƠN VỊ Mpa Mpa Mpa Hệ số quy đổi từ bêtơng sang thép 1.3 CÁC HỆ SỐ TÍNH TỐN -Hệ số tải trọng : +Tĩnh tải giai đoạn I : γ1 = 1.25 0.9 +Tĩnh tải giai đoạn II : γ = 1.5 0.65 +Đồn xe ơtơ đoàn người : γ n = 1.75 1.0 + IM = 1.25 - Hệ số xung kích : - Hệ số : Trong trường hợp tải trọng chiều dài nhịp L tt ≥ 25 m phải xét thêm hệ số xe m + Theo tiêu chuản 22TCN 272-05 hệ số m lấy sau : BẢNG : HỆ SỐ LÀN XE m SỐ LÀN XE n ≥3 Trần Văn Tuấn HỆ SỐ LÀN m 1.2 1.0 0.85 0.65 Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Mơn Cầu Hầm II KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA DẦM CHỦ 2.1 CHIỀU DÀI TÍNH TỐN CỦA KẾT CẤU NHỊP - Chiều dài nhip: Lnh = 22 m - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0.3 m ⇒ Chiều dài tính tốn KCN: L tt = L − 2.a = 22 − × 0.3 = 21.4m 2.2 LỰA CHỌN SỐ DẦM CHỦ TRÊN MẶT CẮT NGANG - Số dầm chủ mặt cắt ngang : dầm chủ 2.3 QUY MÔ THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU - Mặt cắt ngang cầu 1/2 MặT CắT Tạ I Gố I 1/2 MặT CắT GIữA NHịP Lớ p bê tông nhựa dày 5cm Lớ p bê tông bảo vệdày 4cm Lớ p phòng n í c dµy 1cm Lí p mui lun dµy 2-13cm Vạch sơn Bản mặ t cầu dày 20cm 2% 2% Vạch sơn - Cỏc kớch thc c bn ca mt cắt ngang cầu KÍ HIỆU Bxe CÁC KÍCH THƯỚC Bề rộng phần xe chạy Số xe thiết kế Lề người Chiều rộng gờ chắn bánh Chiều cao gờ chắn bánh Chiều rộng chân lan can Chiều cao chân lan can Chiều rộng toàn cầu Số dầm chủ thiết kế Trần Văn Tuấn n b le b gc h b clc h clc Bcau nd GIÁ TRỊ 800 2x150 0 2x50 50 1200 ĐƠN VỊ cm cm cm cm cm cm cm dầm Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm S d oe Khoảng cách dầm chủ Chiều dài cánh hẫng 240 Cm 120 Cm 2.4 CHIỀU CAO DẦM CHỦ - Chiều cao dầm chủ lựa chọn phụ thuộc vào: + Chiều dài nhịp tính tốn + Số lượng dầm chủ mặt cắt ngang + Quy mô tải trọng khai thác - Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện cường độ Mu ≤ Mr Trong đó: +Mu: Mơmen lớn tải trọng sinh +Mr : Khả chịu lực mặt cắt dầm chủ - Xác định chiều cao dầm chủ theo điều kiện độ cứng (độ võng) ∆ LL ≤ [ ∆ ] Trong đó: + ΔLL: Là độ võng kết cấu nhịp hoạt tải + [Δ]: Độ võng cho phép 1.Tải trọng xe nói chung: [ ∆] = 800 Tải trọng xe, tải trọng người kết hợp hai tải trọng này: [ ∆] = 1000 - Xác định chiều cao dầm chủ theo kinh nghiệm + Chiều cao dầm thép: H sb 1 ≥ ⇒ H sb ≥ × 29.4 = 0.98 L 30 30 ⇒ Chiều cao dầm thép: + Chiều cao bụng : D w = 140cm + Chiều dày bụng : t w = 3cm + Chiều dày cánh dưới: t b = 3cm + Chiều cao toàn dầm thép: H sb = 140 + + = 146cm 2.5 CẤU TẠO BẢN BÊ TÔNG MẶT CẦU - Kích thước bêtơng xác định theo điều kiện chịu uốn tác dụng tải trọng cục Trần Văn Tuấn Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm - Chiều dày bản: t s = ( 16 ÷ 25 ) cm - Theo quy định 22TCN272 – 05 chiều dày bê tơng mặt cầu phải lớn 175 cm.Đồng thời phải đảm bảo theo điều kiện chịu lực ⇒ Ở ta chọn chiều dày bêtông mặt cầu t s = 18cm - Bản bêtơng có cấu tạo dạng đường vát chéo, theo dạng đường cong tròn khơng cần tạo vút Mục đích việc cấu tạo vút bêtông nhằm tăng chiều cao dầm ⇒ Tăng khả chịu lực dầm tạo chỗ để bố trí hệ neo liên kết - Kích thước cấu tạo bêtơng mặt cầu: CÁC KÍCH THƯỚC Chiều dày bê tông Chiều cao vút Bề rộng vút Chiều dài phần cánh hẫng Chiều dài phần cánh KÍ HIỆU ts th bh GIÁ TRỊ 18 5 ĐƠN VỊ cm cm cm d 0e 120 120 cm cm S/ 2.6 TỔNG HỢP KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ DẦM CHỦ - Mặt cắt ngang dầm chủ CẤU TẠO MẶT CẮT NGANG DẦM CHỦ - Kích thước cấu tạo Trần Văn Tuấn Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Mơn Cầu Hầm CÁC KÍCH THƯỚC KÍ HIỆU GIÁ TRỊ Dw tw bc N T tc bt N T tt Hsb Hcb Chiều cao bụng Chiều dày bụng Bề rộng cánh Số tập cánh Chiều dày Tổng chiều dầy cánh Bề rộng cánh Số tập cánh Chiều dầy Chiều dầy cánh Chiều cao dầm thép Chiều cao toàn dầm chủ Dầm biên: Dầm trong: Dầm biên 2: Trần Văn Tuấn bh=th= bh=th= bh=th= 9.8 14.6 cm cm cm 10 140 40 3 60 3 146 169 => => => Hcb= Hcb= Hcb= ĐƠN VỊ cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm 169cm 173.8cm 178.6cm Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm + Tĩnh tải dải đèu lớp phủ mặt cầu: DWtc = γ a bs h mc = 23 × 130.66 × 12 × 10 −4 = 3.61kN m + Trọng lượng lan can: 1.Trọng lượng chân lan can dải đều: q clc = 1.56 kN m q lc = 0.1kN m 2.Trọng lượng lan can dải đều: ⇒ Trọng lương lan can + chân lan can phạm vi tính tốn bản: Plc = ( 1.56 + 0.1) × 1.3066 = 2.172 kN m - Xác định nội lực tải trọng bánh xe: + Tải trọng tính tốn:Xe tải thiết kế với tải trọng bánh xe: Pb = 72.5kN + Bánh xe đặt cách chân lan can 30 cm ⇒ Khoảng cách từ tim bánh xe đến vị trí ngàm là: a = 100 − 50 − 30 = 20cm = 0.2m + Nội lực tải trọng bánh xe gây ngàm là: + Mô men : M tc = Pb a = 72.5 × 0.2 = 14.5kNm M tt = γM tc = 1.75 × 14.5 = 25.38kNm + Lực cắt: Vtc = Pb = 72.5kN Vtt = γVtc = 1.75 × 72.5 = 126.88kN - Nội lực trọng lượng thân bản: + Mômen: + Lực cắt: L2tt 1.02 M tc = DC tc = 6.53 × = 3.27kNm 2 M tt = γ1M tc = 1.25 × 3.27 = 4.08kNm Vtc = DC tc L tt = 6.53 × 1.0 = 6.53kN Vtt = γ1Vtc = 1.25 × 6.53 = 8.17kN - Nội lực trọng lượng lớp phủ: +Mômen: +Lực cắt: M tc = DWtc ( L tt − bclc ) ( 1.0 − 0.5) = 3.61× 2 M tt = γ M tc = 1.5 × 0.45 = 0.68kNm = 0.45kNm Vtc = DWtc ( L tt − b clc ) = 3.61 × ( 1.0 − 0.5 ) = 1.80kN Vtt = γ Vtc = 1.5 × 1.80 = 2.70kN - Nội lực trọng lượng lan can chân lan can +Mômen: Trần Văn Tuấn b  0.5    M tc = Plc  L tt − lc ÷ = 2.172 ì 1.0 ữ = 1.63kNm    M tt = γ M tc = 1.5 × 1.63 = 2.44kNm 109 Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép +Lực cắt: Bộ Môn Cầu Hầm Vtc = Plc = 2.17kN Vtt = γ Vtc = 1.5 × 2.17 = 3.26kN - Tổng hợp nội lực hẫng mômen âm: CÁC ĐẠI LƯỢNG Do trọng lượng Do lớp phủ mặt cầu Do trọng lượng lan can Do hoạt tải Tổng TẢI TRỌNG 6.53 3.61 2.17 72.50 M tc M tt Vtc Vtt kN.m 3.27 0.45 1.63 14.50 19.85 kN.m 4.08 0.68 2.44 25.38 32.58 kN 6.53 1.80 2.17 72.50 83.01 kN 8.17 2.70 3.26 126.88 141.00 16.3 TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP BẢN 16.3.1 Nội dung tính tốn bố trí cốt thép a.Tính tốn bố trí cốt thép chịu mômen - Mặt cắt mặt cầu mặt cắt chữ nhật ta dùng cơng thức mặt cắt chữ nhật để tính tốn va kiểm duyệt khả chịu lực mặt cắt - Bố trí cốt thép thường chịu kéo chịu nén theo cấu tạo - Xác định chiều cao vùng chịu nén: + Giả định khoảng cách từ cốt thép dự ứnh lực đến đáy mặt cắt : a p Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép DƯL đến mép mặt cắt :dp = H - ap +Lấy tổng mômen với trọng tâm cốt thép DƯL ta có: a  M tt = β1 0.85f c' ba  d p − ÷+ A s' f y ( d p − d s' ) + A s f y ( d s − d p ) 2  ⇒ β1 0.85f c' b a − β0.85f c' bd p a + M tt − A s' f y ( d p − d s' ) + A s f y ( d s − d p ) = (*) As' Bêtông ch?u nén ds' As'.fy a H ds c c a TTH β1.0.85.fc'.b.a TTH Mtt As.fy as As b Hình :Sơ đồ tính với mặt cắt chữ nhật Trần Văn Tuấn 110 Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép + Đặt : A= Bộ Môn Cầu Hầm β1 0.85f c' b : B = −β0.85f c' bd p C = M tt − A s' f y ( d p − d s' ) + A s f y ( d s − d p ) + Giải hệ phương trình (*) tìm chiều cao vùng chịu nén a: + Chiều cao vùng chịu nén thực tế: c = a β1 Trong đó: + M tt :Mơmen tính tốn tải trọng + A s : Diện tich cốt thép thường chịu kéo + A s' : Diện tich cốt thép thường chịu nén + d s ,d s' : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo chịu nén đến mặt cắt bêtông + d p : Khoảng cách từ trọng tâm bêtông đến mép mặt cắt + b : Bề rộng tính tốn mặt cắt + f y : Cường độ cốt thép thường + a , c : Chiều cao phần chịu nén tính tốn lý thuyết mặt cắt + β1 : Hệ số quy đổi khối ứng suất - Xác định lượng cốt thép dự ứng lực cần bố trí: + Cân phương trình lực theo phương ngang ta có: A ps f ps + A s f y = A s' f y + β1 0.85f c' ba + Hàm lượng cốt thép dự ứng lực cần bố trí là: A s' f y + 0.85β1f c' ba − A s f y A ps = f ps  c  f ps = f pu 1 − k ÷,  dp ÷   b.Tính duyệt khả chịu mơmen Với:  f  k = 1.04 − py ÷  f pu ÷   - Xác định chiều cao vùng chịu nén mặt cắt : + Sau bố trí cốt thép DƯL chiều cao vùng chịu nén mặt cắt thay đổi ta phải xác định lại chiều cao vùng chịu nén mặt cắt theo công thức: + Chiều cao vùng chịu nén lý thuyết: Trần Văn Tuấn 111 Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép c= Bộ Môn Cầu Hầm A ps f pu + A s f y − A s' f y f 0.85f c'β1b + kA ps pu dp + Chiếu cao vùng chịu nén tính tốn : a = β1c - Xác định ứng suất trung bình cốt thép dự ứng lực:   f  c  f ps = f pu 1 − k ÷, k = 1.04 − py ÷   dp ÷ f pu ÷     - Sức kháng uốn danh định mặt cắt: a a a    M n = A ps f ps  d p − ÷+ A s f y  d s − ÷− A s' f y  d s' − ÷ 2 2 2    - Sức kháng uốn tính tốn: M r = ϕM n Trong đó: + A ps : Diện tích cốt thép DƯL + d p : Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trọng tâm cốt thép DƯL ' + f c' : Cường độ bêtông mặt cầu tuổi 28 ngày , f c =30 Mpa + ϕ : Hệ số sức kháng , lấy 1.0 cấu kiên chịu uốn + b : Bề rộng tính tốn mặt cắt + β1 : Hệ số chuyển đổi ứng suất β1 = 0.85 − 0.05 f c' − 28 30 − 28 = 0.85 − 0.05 × = 0.836 7 + f pu : Cường độ kéo dứt thép DƯL f pu = 1860Mpa + f py : Giới hạn chảy thép DƯL f py = 1670Mpa - Kiểm toán mặt cắt: + Khả chịu lực mặt cắt: M M max ≤ M r r ≥ 1.3 tt Mu + Hàm lượng thép : Hàm lượng thép DƯL thép thường phải giới hạn cho c ≤ 0.42 de Với: Trần Văn Tuấn 112 Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm de = A ps f ps d p + A s f y d s A ps f ps + A s f y Trong đó: + M max : Mơmen tính tốn lớn tải trọng tt + M n , M r : Sức kháng uốn danh định sức kháng uốn tính tốn + d e : Là khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén đến trọng tâm lực kéo thép chịu kéo c.Tính duyệt khả chịu lực cắt - Cơng thức kiểm tốn: Vu ≤ ϕVn Trong đó: + ϕ : Hệ số sức kháng cắt xác định theo bảng 5.5.2.2-1 ϕ = 0.9 (đối với kết cấu BTCT thường) + Vn : Sức kháng cắt danh định xác định theo quy định điều 5.8.3.2 Vn1 = Vc + Vs + Vp Vn =  Vn = Vn + Vp + Vc : Khả chịu cắt bêtông Vc = 0.083β f c' b v d v + Vs : Khả chịu cắt cốt thép đai Vs = A v f y d v ( cot gθ + cot gα ) sin α S + Vn = 0.25f c' b vd v + Vp : Thành phần lực ứng suất trước có hiệu hướng lực cắt tác dụng ,là dương ngược chiều lực cắt.Với kết cấu BTCT thường.Vp = + dv : Chiều cao chịu cắt có hiệu xác định điều 5.8.2.7 + bv : Bề rộng có hiệu ,lấy bề rộng lớn chiều cao dv +S: Cự ly cốt thép đai + β : Hệ số khả bêtông bị nứt chéo truyền lực kéo quy định điều 5.8.3.4 β = + θ : Góc nghiêng ứng suất nén chéo xác định điều 5.8.3.4 Lấy θ = 45o + α : Góc nghiêng cốt thép đai trục dọc (độ).Nếu cốt đai thẳng đứng lấy α = 90o + Av Diện tích cốt thép chịu cắt cự ly S Trần Văn Tuấn 113 Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm 15.3.2 Bố trí cốt thép chịu lực mặt cầu a.Bố trí cốt thép - Cốt thép thường bố trí thành lưới ,mỗi lưới gồm thép ASTM706M φ16 đặt cạnh với khoảng cách @22cm Khoảng cách từ lưới thép bêtông a = a’ = cm - Cốt thép DƯL theo tính tốn khơng cần thiết phải bố trí ta khơng bố trí cốt thép dự ứng lực cho mặt cầu 150 φ 16@220 L = 12900 60 φ 12@220 L =32920 Hình : Bố trí cốt thép mặt cầu b Kiểm toán khả chịu lực mặt cắt chịu mô men dương - Bề rộng tính tốn : bs = 187cm - Chiều cao mặt cắt : t s = 20cm * Tính tốn cốt thép chịu mơ men uốn - Sơ đồ tính sau : - Xác định chiều cao vùng chịu nén : + Giả định khoảng cách từ cốt thép DƯL đến đáy mặt cắt : atp = cm + Bố trí cốt thép thường hình với cốt chịu kéo gồm φ16 bề rộng tính tốn ⇒ tra bảng ta As = 1791mm2 + Bỏ qua cốt thép chịu nén ⇒ Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép DƯL đến mép mặt cắt : d p = H − a = 20 − = 15cm Vậy ta có : β1 0.85f c' b 0.836 × 0.85 × 30 × 1870 A= = = 19932 2 B = −β0.85f c' bd p = −0.836 × 0.85 × 30 × 1870 × 150 = −5977655 Trần Văn Tuấn 114 Lớp Cầu Đường Bộ A-K49 Thiết Kế Cầu Thép Bộ Môn Cầu Hầm C = M tt − A s' f y ( d p − d s' ) + A s f y ( d s − d p ) = 43.87 × 106 − −0 × 420 × ( 150 − ) + 1791× 420 × ( 150 − 150 ) = 43.87 × 106 ⇒ Phương trình xác định chiều cao vùng chịu nén a : Aa + Ba + C = ⇒ a = 7.53mm = 0.753cm - Chiều cao vùng chịu nén thực tế : c= a 0.753 = = 0.90cm β1 0.836 - Xác định lượng cốt thép DƯL cần bố trí : + 0.85 × 0.836 × 30 × 1870 − 1791 × 420 A ps =