THiết kế môn học cầu bê tông cốt thép F1 ĐH GTVT Số 1

Đây là bản đồ án môn học cầu bê tông các khóa đã ra trường của trường ĐH GTV bạn nào cần full thì có thể liên hệ mình sẽ gửi cho nhé. Các bạn cứ đọc trong bản thuyết minh nếu phù hợp thì hãy tải nhé.

thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép

a các số liệu ban đầu

- Cờng độ chịu nén qui ớc 28 ngày tuổi: f’c=45 Mpa (450kG/cm2)

- Cờng độ chịu nén khi kéo DƯL : f’ci=0,9f’c= 40,5 Mpa

- Cờng độ chịu kéo khi uốn : fr= 0,63 f c = 4.43 Mpa'

- Môđun đàn hồi : Ec= 0,043.γ1,5 f c = 36056,6 Mpa'

* Thép cờng độ cao

Tao thép 7 sợi đơn DƯL không phủ sơn

Cờng độ chịu kéo tạo DƯL fpj = 0,8.fpu = 1488 MpaGiới hạn chảy của cốt thép DƯL fpy= 0,9.fpu= 1674 MpaMô đun đàn hồi cáp Ep= 197000 Mpa

* Cốt thép thờng

Cờmg độ kéo tiêu chuẩn fu= 620 Mpa

Bố trí dầm ngang tại các vị trí ở gối cầu, 1/4 nhịp (tính toán) và giữa nhịp

Chiều rộng mối nối: 500 (mm)

2 Thiết kế dầm chủ

250 1500

+ Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c dÇm ngang: 8500 (mm).

+ChiÒu dµy dÇm ngang: tn = 200 mm

+DiÖn tÝch dÇm ngang : A=2100x1200-2x20*20=2440000 mm2

- DiÖn tÝch tiÕt diÖn:

Aco = h f.b f B S.h S b w(h h f  h S)  2 (F vutcanh F vutsuon)

g2=20*12.2/(33200*5)=1.470 KN/m

+ Träng lîng mèi nèi phÇn c¸nh T :

g3 = (4*0.5*0.2*25)/5=2 KN/mTæng t¶i träng: DC = g1 + g2 + g3= 26.47(KN/m)

b T¶i träng b¶n th©n cña líp phñ mÆt vµ c¸c tiÖn Ých c«ng céng (DW)

Träng lîng riªng líp phñ mÆt cÇu ylíp phñ= 23,5 KN/m3

ChiÒu dµy trung b×nh líp phñ = 12 cm

DWi = 0.12*(11 0.5)*23,5 5,922

5



* §èi víi dÇm biªn

a T¶i träng b¶n th©n cña c¸c bé phËn kÕt cÊu vµ thiÕt bÞ phô phi kÕt cÊu (DC)

Trong lợng bản thân dầm chủ 23 KN/mTrọng lợng dầm ngang ( chỉ chịu 1/2 so với dầm trong) 0,735 KN/mTrọng lợng mối nối phần cánh T( chỉ chịu 1/2 so với dầm trong) 0.589 KN/m

3 , 0 4 , 0

430006

,0

K L

S S

g

0,4 0,3 1

2 , 0 6 , 0

2900075

,0

K L

S S

S

g t L

K

)

→ Chọn giá trị lớn nhất trong 2 giá trị trên → gM trong = gm2 = 0.5852

b Phân bố hoạt tải làn đối với momen trong dầm dọc biên.

* Một làn thiết kế chịu tải: Sử dùng phơng pháp đòn bẩy:

650 850

gMbien1 = 1/2*0.391= 0.2346

* Hai làn thiết kế chịu tải:

gMbien2 = e.gM trong

280077

→ Chọn giá trị lớn nhất trong 2 giá trị trên → gMbien = gMbien2 = 0.2729

+ Hệ số phân bố cho tải trọng ngời đi:

a Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong các dầm giữa.

+ Một làn thiết kế chịu tải:

7600 36

,

g 

66263 , 0 7600

2300 36

, 0

2 , 0

0 , 2

79268 , 0 10700

2300 3600

2300 2

, 0

→ Chọn giá trị lớn nhất trong 2 giá trị trên → gQ trong = gQ2 = 0,79268

b Phân bố hoạt tải theo làn đối với lực cắt trong các dầm biên.

+ Một làn thiết kế chịu tải: sử dụng phơng pháp đòn bẩy

gQ biên1 = 0.2346+ Hai làn thiết kế chịu tải:

gQ bien2 = e.gQ trong Với de = - 850 mm

.30006

→ Chọn giá trị lớn nhất trong 2 giá trị trên → gQbien = gQ bien2 = 0,251

+ Hệ số phân bố cho tải trọng ngời đi: gpl = 1.435

(2 làn chịu tải)

g M trong = 0.5852 g Q trong = 0.7927

Dầm ngoài

Cho tải trọng xe và làn (2 làn chịu tải)

g M ngoài = 0.2729 g Q ngoài = 0.251 Cho tải trọng ngời đi g pl = 1.435 g pl = 1.435

Ta chỉ tính toán tại các mặt cắt: Ltt/2, gối.

3.1 Xác định nội lực tính toán tại mặt cắt giữa dầm ( Chỉ tính Momen)

3.2.Xác định nội lực tính toán tại mặt cắt gối dầm: Chỉ xét lực cắt

3.2.1 Nội lực do tĩnh tải gây ra:

a Do tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu và thiết bị phụ phi kết cấu (DC)

đ ah Q1

110kN 1,2m 110kN

35kN 145kN

145kN

4,3m 4,3m

0,741 0,87

SO sánh kết quả của dầm trong và dầm biên

Mtt = max( Mtrong; Mbiên)

QTT = max (Qtrong ; Qbiên)

MTT (KN.m)= Mtrong QTT (KN)= QtrongTính theo TTGH cờng độ 9525,931 1351,433

Tính theo TTGH sử dụng 6902,812 954,516

_ K/c trọng tâm m/c qui đổi tới đáy dầm : y(qđ) = 1,067 m

_ Momen quán tính qui đổi : Ig = 0,38503 m4

* Xác định các đặc trng hình học của dầm chủ ở vị trí gối

_ Diện tích m/c : A(qđ) = A = 1,32 m2

_ Momen quán tĩnh qui đổi : S (qd) = 0,804 m3

_ K/c trọng tâm m/c qui đổi tới đáy dầm : y(qđ) = 0,609 m

_ Momen quán tính qui đổi : Ig = 0,334291 m4

_ Chọn tao thép 7 sợi DƯL có đờng kính 1 tao d = 15,2 mm

_ Diện tích 1 tao : aps = 140 mm2

_ Số tao cáp n =44

=> Diện tích CT DƯL bố trí Aps = 6160 mm2 > Apsct = 4717,906mm2

12 11 10 12 12

6 11 11 6 6

5 5 5 4 3 2 4 4 3 3 2 2 1

12

8 8 11 10

7 9 9

12 12

8 11

10 10 11

8 9 9 7

12 11

6000 10000

Lớp cáp tao cáp tới đáy dầm

a Xác định toạ độ trọng tâm cốt thép dự ứng lực so với đáy dầm

* Với mặt cắt tại giữa nhịp :

E n E

Đặc trưng hình học Mặt cắt

Độ lệch tâm của nhóm CT với trọng tâm

M/c qui đổi của BT

phÇn V: TÝnh mÊt m¸t øng suÊt trong cèt thÐp

pR pCR pSR

Ep: Mođun đàn hồi của thép dự ứng lực (MPa) Ep = 197000 (MPa).

Eci: Mođun đàn hồi của bê tông tại thời điểm căng kéo (MPa) Eci = 0,85*Ec =30648,11(MPa)

fcgp: Tổng ứng suất của bê tông ở thớ đi qua trọng tâm CT DƯL do lực căng và tảitrọng bản thân của cấu kiện ở các mặt cắt có momen max gây ra(MPa)

2

TTBT cgp

e: Độ lệch của trọng tâm các bó thép so với trọng tâm của mặt cắt tính đổi

Aps: Tổng diện tích của các bó thép ứng suất trớc : Aps = 61,60cm2

A: Diện tích mặt cắt ngang tính đổi của dầm

Ig: Momen quán tính mặt cắt ngang tính đổi của dầm

MTTBT: Mo men tác dụng tại các mặt cắt L/2 do DC1 gây ra

Ta có bảng kết quả sau:

Mặt cắt L/2 F

fpSR = 117– 1,03H (Mpa)H: Độ ẩm tơng đối bao quanh kết cấu, đợc lấy trung bình hàng năm.

g

e I

fpR1: Mất mát do tự chùng tại thời điểm truyền lực

fpR2: Mất mát do tự cùng sau khi truyền lực

a Mất mát do tự chùng tại thời điểm truyền lực.

Sử dụng thép có độ chùng dão thấp nên mất mát do dão lúc truyền lực đợc tính:

1

(24 )

0,55 40

pi

py

f Log t

t : Thời gian từ lúc tạo ứng suất trớc đến lúc truyền (ngày) t = 4 (ngày)

fpj : ứng suất ban đầu trong bó thép vào cuối lúc kéo (MPa)

fpi = 0,74fpu - fpES với fpu = 1860 Mpafpy : Giới hạn chảy của bó thép =1674 Mpa

Mặt cắt L/2

b Mất mát do dão thép sau khi truyền.

Với thép ít dão cho cấu kiện kéo sau mất mát do dão thép sau khi truyền đợc tính nh sau:

phần VII: Tính duyệt dầm theo các TTGH

2 ( )

2

f w c s

y s s

y s p

ps ps n

h a h b b f

a d f A

a d f A

a d f A

dps: Khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực

fc’: Cờng độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa)

b: Bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm)

bw: Chiều dày của bản bụng hoặc đờng kính của mặt cắt tròn (mm)

1

 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất

' 1

hf: Chiều dày bản cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc dầm T (mm)

a = 1c: Chiều dày của khối ứng suất tơng đơng (mm)

c: K/c từ TTH tới thớ chịu nến ngoài cùng

p

pu ps w

c

f w c

pu ps

d

f kA b f

h b b f f

A c

' 1

85 , 0

) (

85 , 0





) 04

, 1 ( 2

pu

py

f f

1 (

p pu

ps

d

c k f

Trờng hợp trục trung hoà đi qua cánh: c > 0 → khi đó coi mặt cắt là mặt cắt hình chữ nhật

Ta thấy trong bài toán này hf > c → áp dụng các công thức cho trờng hợp trục trung hoà điqua sờn

' 10,85

225

mm dp

+ Kiểm tra lợng cốt thép tối đa theo công thức:

42 , 0



e

d c

Trong đó: c = 219,18 mm

r t

Trong đó:

Vc: Sức kháng cắt danh định do ứng suất kéo trong bê tông

v v c

d f A

V S  v. y. v(cot  cot )sin

dv: Chiều cao chịu cắt có hiệu

bv: Bề rộng bụng có hiệu, lấy bằng bề rộng lớn nhất trong chiều cao dv

s: Cự li cốt thép đai

 : Hệ số chỉ khả năng bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo ( lấy β = 2)

 : Góc nghiêng của cốt thép đai đối với trục dọc (độ) Nếu cốt đai thẳng

Astr: Diện tích một tao cáp, (mm2)

fp: ứng suất trong cáp sau mất mát, giá trị ứng với từng mặt cắt

fp = 0,8fpu – (Σmất mát ứng suất)

i: Góc lệch của nhóm cáp thứ i so với trục dầm.( có 2 nhóm cáp đợc uốn lên)

al a2

6000 10000

Ap

fp= = fpj - sum(loss) 1193.67

Mpa sin( i ) nhúm 1 0.0923

sin( i ) nhúm 2 0.1442

Vp

ChiÒu cao chÞu c¾t hò hiÖu dv

'

0,90,72

e v

c

f w c

pu

ps

d

f kA b f

h b b f f

' 1

85

,

0

) (

85 , 0

Mặt cắt

§¬n vÞGèi

Chọn đờng kính cốt đai : D =12 mm => diện tích CT đai

c Tính sức kháng danh định của tiết diện

Theo công thức đã nêu ở trên để tính Vn, kết quả cho trong bảng sau:

Mặt cắt Gối Đơn vị

fsy

420.00 MPafc'

865,905.70 NVs

1,026,019.03 N

Vn1=Vc+Vs+Vp 2,216,800.98 N Vn2=0.25fc'*bv*dv+Vp 9,072,876.26 N Vn=min(V1,V2) 2,216,800.98 N

Vn= 0.9*Vn 1,995,120.88 N

phần VIII: kiểm tra ttgh sử dụng

I_ Kiểm toán nứt đối với bêtông:

Chia làm 3 trờng hợp tác dụng của tải trọng để kiểm toán nứt

_Trờng hợp 1: Dầm chịu t/d của hoạt tải + tĩnh tải + DƯL

_Trờng hợp 2 : Dầm chịu t/d của tĩnh tải + DƯL

_Trờng hợp 3: Dầm chịu t/d của hoạt tải + (tĩnh tải + DƯL)/2

Tải trọng dùng để tính toán tơng tự TTGHCĐ1 nhng _ tất cả h/s vợt tải = 1

_ có xét đến lực xung kích

1 Tính toán /s mép trên: Qui ớc dấu kéo “ + ” , nén “ - ”

a Ư/s do tạo DƯL gây ra:

.

F Aps fpu sum fpES   fpcR fpsR fpR

A: Diện tích mặt cắt tính đổi của dầm

I: Momen quán tính tính đổi của tiết diện dầm

e: Độ lệch tâm của trọng tâm các bó thép ứng suất trớc đến trục trung hoà củatiết diện tính đổi (mm)

yt: Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ trên cùng của tiết diện MTTBT: Mo men do trọng lợng bản thân dầm gây ra tính theo TTGH sử dụngMIM+LL: Momen do hoạt tải gây ra tính theo TTGH sử dụng

Ta có bảng kết quả ứng suất gây ra ở thớ trên :

2 Tính toán /s mép dới: Qui ớc dấu kéo “ + ” , nén “ - ”

a Ư/s do tạo DƯL gây ra:

.

yb: Khoảng cách từ trục trung hoà đến thớ dới cùng của tiết diện

(Các giá trị khác ~ các giá trị ở phần /s gây ra ở mép trên )

Ta có bảng kết quả ứng suất gây ra ở thớ dới :

Mặt cắt

Đk an toàn fc_1 ≤ 0,6f'c =27 0,6f'c =27 0,6f'c=27 0,6f'c =27

_Trờng hợp 2 : Dầm chịu t/d của tĩnh tải + DƯL

Đk an toàn ≤ 0,45f'c =20,25 0,45f'c =20,25 0,45f'c =20,25 0,45f'c =20,25

_Trờng hợp 3: Dầm chịu t/d của hoạt tải + (tĩnh tải + DƯL)/2

∆LL:Độ võng do hoạt tải lấy giá trị max của: - Độ võng do 1 xe tải thiết kế

- Độ võng do 25% xe tải thiết kế cộng tải trọng làn

Trong đó

+ Độ võng do 1 xe tải thiết kế gây ra:

m.g M_LL *(1+IM )

Độ vừng (mm)

Tải trọng xe tải thiết kế

tt pi

384

tt c

q L f

E Ig



q: Tĩnh tải rải đều: _ DC = 26,47 kN/m

_ DW = 5,922 kN/m L: Khẩu độ nhịp

- Độ võng do DC gây ra :∆ DC =30,16 mm

- Độ võng do DW gây ra :∆ =6,75 mm

b.TÝnh Momen b¶n mÆt cÇu ho¹t t¶i g©y ra

* T¶i träng cña xe t/d lªn b¶n mÆt cÇu LL

+ T¶i träng xe

( f) *

P LL



+ : LL = 53,05 kN/m+ Khi xÐt M- : LL = 56,89 kN/m

* T¶i träng lµn = 9,3/3 = 3,1 kN/m

B¶ng gi¸ trÞ Momen do ho¹t t¶i:

VËy Momen do ho¹t t¶i g©y ra ë 2 ®Çu ngµm lµ :

η = 0,9476 M (-) = -0,8M

giòa

-44.671 Theo TTGH sö dông

_ T¶i träng tËp trung cña lan can DC2 = 4,219 kN

B¶ng gi¸ trÞ Momen do tÜnh t¶i:

_ T¶i träng lµn = 9,3/3 = 3,1 kN/m

B¶ng gi¸ trÞ Momen do ho¹t t¶i:

VËy Momen do ho¹t t¶i g©y ra ë 2 ®Çu ngµm lµ :

So sánh kết quả Momen của 2 bản đầu ngàm và bản 1 đầu ngàm ta lấy giá trị max để thiết kếbản mặt cầu => Mtt:

a Cho phần momen dơng:

Sử dụng cốt thép thờng ASTM A416M có đờng kính danh định Φ 10

Chọn chiều dày lớp bêtông bảo vệ là : dc= 40 mm

a= β1 c : Chiều cao của khối ứng suất tơng đơngb1 : Hệ số quy đổi khối ứng suất tơng đơng

c : Chiều cao vùng bêtông chịu nénc=As.fy/0.85*β1*fc'*b

*Hàm lợng cốt thép tối đa

Hàm lợng cốt thép và cốt thép dự ứng lực tối đa phải đợc giới hạn sao cho:

c/de<0.42de: Khoảng cách hữu hiệu tính từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịukéo de=As.fy.ds/As.fy=ds

* Lợng cốt thép tối thiểu

Lợng cốt thép dự ứng lực và cốt thép thờng chịu kéo phải đủ để phát triển sức kháng uốntính toán ít nhất bằng 1.2 lần Mômen nứt

Mr=j Mn>1.2 Mcr và r>0.03fcs/fyMcr=fr*Sb

fr: Cờng độ chịu kéo khi uốn của bêtông fr0.63* fc'=3.4507 Mpa

Sb: Mômen quán tính tĩnh của mặt cắt đối với thớ chịu kéo ngoài cùng:

TTGH cđ M (+) = 26.370 kNm

M (-) = -44.671 kNm TTGH use M(+) = 27.828 kNm

Sử dụng cốt thép thờng ASTM A416M có đờng kính danh định Φ 10

Chọn chiều dày lớp bêtông bảo vệ là : dc= 40 mm

* M«men tÝnh to¸n t¹i mÆt c¾t gi÷a b¶n Mu= -4.467E+07 (Nmm)