Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 42 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
42
Dung lượng
1,44 MB
Nội dung
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY CHƯƠNG 2: CẦU DẦM THÉP LIÊN HỢP BẢN BTCT 2.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN 2.1.1 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ: TCVN 11823-2017 2.1.2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TẠI VỊ TRÍ XÂY DỰNG CẦU 2.1.2.1 Điều kiện địa chất - Qua số liệu thăm dò lỗ khoan khu vực xây dựng cầu địa chất có cấu tạo sau: + Lớp 1: Sét màu nâu vàng, nâu đỏ, trạng thái dẻo mềm + Lớp 2: Sét màu nâu đỏ, trạng thái cứng + Lớp 3: Sét pha màu xám nân, xám trắng, trạng thái dẻo mềm + Lớp 4: Sét pha màu nâu, trạng thái nửa cứng 2.1.2.2 Điều kiện thủy văn - Theo số liệu khảo sát điều tra nhiều năm cho thấy: MNCN: 27.8m; MNTT: 25.5m; MNTN: 23.8m; 2.1.3 SƠ ĐỒ KẾT CẤU 2.1.3.1 Kết cấu phần - Cầu gồm nhịp giản đơn Lnh = 30m dầm thép liên hợp BTCT, mặt cắt ngang gồm dầm, khoảng cách dầm chủ S = 2.2m - Độ dốc dọc cầu 2.0%, độ dốc ngang cầu 2% - Chiều dài toàn cầu Lc =96m 2.1.3.2 Kết cấu phần - Gồm mố chữ U đặt móng cọc đóng, cọc có đường kính D = 40cm - Trụ gồm trụ đặc thân hẹp BTCT đặt móng cọc đóng, cọc có đường kính D =40cm 2.2 SỐ LIỆU TÍNH TỐN 2.2.1 KHỔ CẦU - Khổ cầu: + 2x1.5 + 2x0.5 2.2.2 KHỔ THƠNG THUYỀN - Sơng thơng thuyền cấp V: Tra bảng cấp thơng thuyền sơng ta có: + Bề rông thông thuyền: Btt = 26m SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 33 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGƠ THANH THỦY + Tĩnh khơng thông thuyền: Htt = 3.5m 2.2.3 TẢI TRỌNG THIẾT KẾ - Tải trọng HL93: - Tải trọng người bộ: 3kN/m2 2.2.4 QUY MÔ THIẾT KẾ - Cầu thiết kế vĩnh cửu dầm thép liên hợp BTCT 2.2.5 TẦN SUẤT LŨ THIẾT KẾ: P = 1% 2.2.6 VẬT LIỆU SỬ DỤNG 2.2.6.1 Dầm thép Chọn thép dầm chủ thép M270M cấp 345(A 709M cấp 345-ASTM) Thép hợp kim thấp cường độ cao Thép M270M cấp 345 Cường độ chịu kéo Cường độ chảy Môdul đàn hồi Tỷ trọng thép Ký hiệu fu fy Es C Trị Số 450 345 200000 Đơn Vị Mpa Mpa Mpa 7.85E-05 N/mm3 2.2.6.2 Các kết cấu lại + Bê tơng: cấp 30 có Bê tơng cấp 30 Tỷ trọng bê tông Ký hiệu C Trị Số 2.5 E-05 Đơn Vị N/mm3 Cường đô nén 28 ngày tuổi f C" 28 MPa Cường đô chịu kéo uốn fr 3.45 MPa Môdul đàn hồi EC 27478.12 MPa Thép thường cấp 280 Cường độ chảy Mô đun đàn hồi Tỷ trọng thép Ký hiệu Trị Số Đơn Vị fy Es C 280 200000 Mpa Mpa 7.85E-05 N/mm3 2.3 TÍNH TỐN KẾT CẤU NHỊP 2.3.1 CHIỀU DÀI TÍNH TỐN KCN - Khoảng cách từ đầu dầm tới tim gối: a = 0.3m Chiều dài tính tốn KCN: Ltt = L-2a = 30 - 2x0.3 = 29.4m SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 34 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY 2.3.2 LỰA CHỌN SỐ DẦM CHỦ TRÊN MẶT CẮT NGANG Trong toán thiết kế vào bề rộng thiết kế cầu 11m nên ta chọn trường hợp số dầm chủ nhiều: ndc= dầm chủ 2.3.3 QUI MÔ THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG CẦU - Mặt cắt ngang cầu: 500 11000 1500 3500 3500 1500 500 LAN CAN THÉP M? K? M BÊ TÔNG NH? A NÓNG DÀY 5cm TU? I NH? A LÓT TIÊU CHU? N 1Kg/m2 L? P MUI LUY? N DÀY TRUNG BÌNH 4cm B? N M? T C? U BTCT DÀY 20cm V? CH SON 3.1A V? CH SON 1.2 2% G? LAN CAN V? CH SON 3.1A 2% L100*100*10mm, dài 2.134m 20 L100*100*10mm, dài 2.134m 1100 1500 2200 2200 2200 2200 1100 11000 Hình 2.1: Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp 2.3.4 CHIỀU CAO DẦM CHỦ -Trong bước tính tốn sơ ta chon chiều cao tối thiểu dầm thép liên hợp theo công thức: 0.04L với L: chiều dài nhịp => 0.04*30 = 1.2 (m) → Chọn chiều cao dầm thép: + Chiều cao bụng: Dw = 130 (cm) + Chiều dày cánh (Top flange): tt = (cm) +Chiều dày cánh (Bottom flange): tb = (cm) +Chiều cao toàn dầm thép: Hsb = 130+3+3 = 136 (cm) 2.3.5 CẤU TẠO BẢN BÊ TƠNG MẶT CẦU -Kích thước cấu tạo bêtông mặt cầu: + Chiều dày bêtông: ts = 20 (cm) + Chiều dày vút bản: th = (cm) + Bề rộng vút bản: bh = (cm) + Chiều dài phần cánh hẫng: de = 110 (cm) + Chiều dài phần cánh phía trong: S/2 = 110 (cm) SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 35 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGƠ THANH THỦY 2.3.6 TỔNG HỢP KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ DẦM CHỦ - Mặt cắt ngang dầm chủ Hình 2.2: Cấu tạo mặt cắt ngang dầm chủ - Cấu tạo bụng (web) + Chiều cao bụng: Dw = 130 (cm) + Chiều dày bụng: tw = (cm) - Cấu tạo cánh trên: + Bề rộng cánh trên: bc = 40 (cm) + Chiều dày bản: t = cm - Cấu tạo cánh dưới: + Bề rộng cánh dưới: bt = 60 (cm) + Chiều dày bản: t = (cm) - Tổng chiều cao dầm thép: Hsb = 130+3+3 = 136 (cm) - Cấu tạo bê tổng: chiều dày bản: ts = 20 (cm), chiều cao vút bản: th = (cm) - Chiều cao toàn dầm liên hợp: Hcb = 136 + + 20 = 161 (cm) 2.3.7 XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC MẶT CẮT DẦM CHỦ 2.3.7.1 Các giai đoạn làm việc cầu dầm liên hợp a) Trường hợp Cầu dầm liên hợp thi công theo biện pháp lắp ghép lao kéo dọc khơng có đà giáo hay trụ tạm đỡ b) Trường hợp SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 36 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY Cầu dầm liên hợp thi công theo biện pháp lắp ghép đà giáo cố định có trụ tạm đỡ => Ở ta giả thiết cầu thi công theo biện pháp lắp ghép cần cẩu lao kéo dọc 2.3.7.2 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I tt bt Dw I bb tb Y1 I Hsd Dc1 tw Hình 2.3: Mặt cắt dầm GĐI - Diện tích mặt cắt dầm thép (diện tích mặt cắt nguyên), ANC bt tt bb tb Dw tw - Xác định mômen tĩnh tiết diện với trục 0-0 qua đáy dầm thép: t D t SO bt tt ( H sb t ) DW tw ( W tt ) bb tb b 2 - Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH mặt cắt giai đoạn I, Y1 S ANC - Chiều cao phần sườn dầm chịu nén: Dc1 H sb tt Y1 - Xác định mơmen qn tính mặt cắt dầm trục TH I-I + Mơmen qn tính bụng: I w tw Dw3 D tw Dw ( w tb Y1 )2 12 + Mômen quán tính cánh chịu nén: I tf bt t 3t t tt bt ( H sb Y1 t )2 12 + Mơmen qn tính cánh chịu kéo: I bf bb t 3b t tb bb (Y1 b )2 12 + Mơmen qn tính tiết diện dầm thép: I NC IW Itf Ibf SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 37 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY - Xác định mômen tĩnh mặt cắt dầm thép trục trung hòa I-I: t ( H Y t )2 S NC bt tt ( H sb Y1 t ) t w sb t 2 - Bảng kết tính tốn ĐTHH mặt cắt dầm chủ giai đoạn I CÁC ĐẠI LƯỢNG KÍ HIỆU ĐƠN VỊ ANC GIÁ TRỊ 560 Diện tích mặt cắt dầm thép Mơmen tĩnh mặt cắt đáy dầm S0 34090 cm Khoảng cách từ đáy dầm đến TTH I-I Y1 60.875 cm Mômen quán tính phần bụng IW 379365.729 cm Mơmen qn tính phần cánh Icf 650566.875 cm Mơmen qn tính phần cánh Itf 634705.313 cm Mơmen qn tính phần dầm thép INC 1664637.917 cm Mơmen tĩnh mặt cắt TTH I-I SNC 14037.016 cm cm 2.3.7.3 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II a) Mặt cắt tính tốn Hình 2.4: Mặt cắt dầm GĐ II - Giai đoạn 2: Khi mặt cầu đạt cường độ tham gia làm việc tạo hiệu ứng liên hợp dầm thép BTCT - Mặt cắt tính tốn mặt cắt liên hợp => Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II đặc trưng hình học tiết diện liên hợp b) Xác định bề rộng tính tốn bê tơng SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 38 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY - Theo TCVN 11823-2017 bề rộng cánh (bản bê tông) lấy sau: Hình 2.5: Xác định bề rộng tính tốn bêtông - Xác định b1 : lấy giá trị nhỏ giá trị sau: + 1 Ltt 2940 367.5cm 8 1 2 + 6ts max tw ; bt 6.20 40 130cm + de 110cm => Vậy : b1 = 110 cm - Xác định b2 : lấy giá trị nhỏ giá trị sau: + 1 Ltt 2940 367.5cm 8 1 2 + 6ts max tw ; bt 6.20 40 130cm + S 110cm => Vậy : b2 = 110 cm => Bề rộng tính tốn cánh dầm biên: bs b1 b2 110 110 220(cm) => Bề rộng tính tốn cánh dầm trong: bs b2 110 220cm c) Xác định hệ số quy đổi từ bêtông sang thép SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 39 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY +Trường hợp chịu lực ngắn hạn (không xét tượng từ biến bêtông): n + Trường hợp chịu lực dài hạn (có xét tượng từ biến bêtông): n' Es Ec Es Ec Trong đó: + Es : mơđun đàn hồi thép Es =2.10 MPa + Ec : môđun đàn hồi bê tông phụ thuộc vào loại bêtông Ec 0.0017 K1 WC fc' 0.33 Với: + f 'c : Cường độ quy định bêtông tuổi 28 ngày, f 'c = 28MPa + WC : Trọng lượng riêng bê tông, f 'c = 28 < 35 => WC 2320kG / m3 2,32T / m3 + K1 = => Ec 0.0017 1 23202 280,33 27478,12MPa - Với f 'c = 30 MPa, ta lấy hệ số quy đổi từ bêtông sang thép n=8 n’=24 d) Xác định ĐTHH mặt cắt liên hợp ngắn hạn - Tính diên tích mặt cắt: + Diện tích bêtơng: As bs ts bt th .bh th + Diện tích tính đổi mặt cắt liên hợp ngắn hạn: AST ANC AS Ar n Trong đó: +A r : Diện tích cốt thép bố trí bêtơng, bỏ qua: Ar = +A NC :Diện tích dầm thép +A ST : Diện tích mặt cắt liên hợp ngắn hạn -Mômen tĩnh bê tông cốt thép TTH I-I tiết diện thép SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY t t 1 S 1x {bs ts ( H sb Y1 th s ) bc th ( H sb Y1 h ) .th bh ( H sb Y1 th )}+A r ( H sb Y1 Yr ) n 2 -Khoảng cách từ tâm tiết diện dầm thép đến trọng tâm tiết diện liên hợp (khoảng S 1x cách từTTH I-I đến TTH II-II), Z1 AST - Chiều cao phần sườn dầm chịu nén đàn hồi: Dc H sb tt Y1 Z1 - Xác định momen quán tính tiết diện liên hợp: + Mơ men qn tính phân dầm thép, I II NC I NC ANC.Z I t bs ts3 bs ts ( H sb Y1 Z1 th s )2 + Mơ men qn tính phần bê tông, I s n 12 + Mơ men qn tính phần vút cánh: Ih th bhth3 bt th3 b t ( H Y Z ) bhth ( H sb Y1 Z1 th ) t h sb 1 n 12 36 + Mô men quán tính phần cốt thép bản, Ir Ar ( H sb Y1 Z1 Yr )2 II + Mơ men qn tính tiết diện liên hợp, I ST I NC IS Ih Ir - Xác định mô men tĩnh bê tông với TTH II-II tiết diên liên hợp: t t 1 Ss bsts H sb Y1 Z1 th s bt th H sb Y1 Z1 h thbh H sb Y1 Z1 th Ar (H sb Y1 Z1 Yr ) n 2 2 e) Xác định ĐTHH mặt cắt liên hợp dài hạn (Long-term section) Mặt cắt liên hợp dài hạn sử dụng để tính tốn tải trọng lâu dài tĩnh tải giai đoạn II, co ngót ta xét đến ảnh hưởng tượng từ biến Trong trường hợp có xét tới tượng từ biến đặc trưng hình học mặt cắt tính tương tự khơng xét từ biến, thay hệ số n n’ f) Kết ĐTHH mặt cắt dầm chủ giai đoạn II - Đặc trưng hình học mặt cắt dầm biên dầm biên SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 41 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY 200 2200 50 400 1360 1300 50 600 Hình 2.6: Mặt cắt dầm Bảng tính kết ĐTHH mặt cắt dầm biên dầm ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM BIÊN MC NGẮN HẠN MC DÀI HẠN GIÁ TRỊ KÍ HIỆU GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ b1 110 b1 110 cm Bề rộng cánh b2 110 b2 110 cm Bề rộng tính tốn bê tơng bs 220 bs 220 cm Diện tích tồn bê tơng As 4625 A's 4625 cm2 Diện tích mặt cắt tính đổi Ast 1138.125 A'st 752.78 cm2 MM tĩnh bê tông với truc I-I S1x 15418.186 S1'x 15418.186 cm3 Khoảng cách từ TTH I-I đến II-II Z1 45.474 Z1' 20.484 cm Chiều cao sườn dầm chịu nén đàn hồi Dc2 26.651 D'c2 51.641 cm MMQT dầm thép với trục II-II IIINC 2822629.217 III’NC 1899601.808 cm4 MMQT bê tông với trục II-II Is 895263.636 Is' 895263.636 cm4 MMQT phần vút với trục II-II Ih 29299.347 Ih' 30729.405 cm4 MMQT mặt cắt liên hợp với trục II-II Ist 3966826.647 Ist' 2825594.850 cm4 MM tĩnh với trục II-II Ss 25465.175 Ss' 13304.156 cm3 KÍ HIỆU Bề rộng cánh hẫng 2.3.7.4 Xác định đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn chảy dẻo a) Mặt cắt chảy dẻo -Giai đoạn 3: ứng suất toàn mặt cắt đạt đến giới hạn chảy -Mặt cắt tính tốn mặt cắt liên hợp đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn III đặc trưng hình học tiết diện liên hợp SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 42 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGƠ THANH THỦY Bảng tổng hợp nội lực tính toán biên (theo TTGH cường độ I) Nội lực M5 V0 Do tĩnh tải TC T.tải T.tải 2306.98 313.88 Do hoạt tải tính tốn Xe tải trục Làn Người TT+Xtai+ TT+2tr+ L+Ng L+Ng 755.24 2644.39 2048.93 1119.24 528.66 102.75 378.92 278.73 152.28 71.93 7354.52 1019.76 NLmax 6759.06 7354.55 919.56 1019.76 Bảng tổng hợp nội lực tính tốn (theo TTGH cường độ I) Nội lực M5 V0 Do tĩnh tải TC T.tải T.tải 2306.98 313.88 Do hoạt tải tính tốn Xe tải trục Làn Người 755.24 2686.61 2081.64 1078.88 102.75 416.41 306.31 155.38 TT+Xtai+ TT+2tr+ L+Ng L+Ng 226.9 30.87 4615.4 909.19 NLmax 6449.64 6449.64 909.19 909.19 2.7 KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CỦA MẶT CẮT DẦM CHỦ 2.7.1 KIỂM TRA TÍNH CÂN XỨNG CHUNG CỦA MẶT CẮT -Dầm chủ yếu chịu uốn phải cấu tạo đảm bảo tỉ lệ sau: 0.1 I yc Iy 0.9 Trong đó: + I yc : Mơmen qn tính cánh chịu nén trục thẳng đứng 0y + I y : Mơmen qn tính mặt cắt dầm trục thẳng đứng 0y - Tính mơmen qn tính cánh dầm thép trục 0y I yc tt bt3 3.403 16000cm4 12 12 Iy tt bt3 tc bc3 Dw tw3 603 403 130 23 70086.667cm4 12 12 12 12 12 12 Như ta có: 0.1 I yc Iy 16000 0.228 0.9 => Kết luận: Đạt 70086.667 2.7.2 KIỂM TRA ĐỘ MẢNH SƯỜN DẦM CỦA MẶT CẮT ĐẶC CHẮC - Cơng thức kiểm tốn, Dcp tw 3.76 E Fyc Trong đó: + Dcp: chiều cao sườn dầm chịu nén ứng với momen chảy Mp, Dcp =20.61cm + E: Môđun đàn hồi thép, Es = 2x105MPa + Fyc: cường độ chảy nhỏ quy định cánh chịu nén, Fy= 345 MPa SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dcp tw GVHD: TS NGÔ THANH THỦY 0.236 E 2.105 0.236 3.76 3.76 90.53 => Kết luận: Đạt Fyc 345 2.7.3 KIỂM TRA ĐỘ MẢNH CÁNH CHỊU NÉN CỦA MẶT CẮT ĐẶT CHẮC - Cơng thức kiểm tốn: - Kiểm toán: bt E 0.382 2.tt Fyc bc 40 E 2.105 6.67 0.382 0.382 9.2 => Kết luận: Đạt 2tc Fyc 345 2.7.4 TƯƠNG TÁC GIỮA SƯỜN DẦM VỚI BẢN CÁNH CHỊU NÉN CỦA MẶT CẮT ĐẶC CHẮC Dcp E 3.76 f yc tw - Cơng thức kiểm tốn: bc 0.382 E 2t f yc c Nếu điều kiện thỏa mãn phải tuân theo qui định việc giằng cánh => Ta thấy điều kiện thỏa mãn điều kiện tính tốn 2.8 KIỂM TỐN DẦM CHỦ THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ I 2.8.1 KIỂM TOÁN SỨC KHÁNG UỐN CỦA DẦM CHỦ 2.8.1.1 Xác định mômen chảy My - Mômen chảy (My) mặt cắt liên hợp, My = MD1 + MD2 + MAD Trong đó: + M D1 : Mômen uốn tĩnh tải giai đoạn I tác dụng lên mặt cắt dầm thép, lấy phần tính tốn nội lực, MD1 = 2306.983 kN.m + M D : Mômen uốn tĩnh tải giai đoạn II, co ngót…tác dụng lên mặt cắt liên hợp dài hạn, lấy phần tính tốn nội lực, MD2 = 755.235 kN.m + M AD : Mômen uốn bổ sung cần thiết để gây chảy biên thép Mơmen hoạt tải tính tốn (có xét đến hệ số vượt tải hệ số xung kích) tính tốn theo ĐTHH mặt cắt liên hợp ngắn hạn - Ứng suất dầm thép MD1 SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY + Mômen uốn tĩnh tải giai đoạn I, MD1 = 2306.983 kN.m + Mơmen tính tốn mặt cắt nguyên, INC = 1664637.917 cm4 + Khoảng cách từ TTH I-I đến mép dầm thép, yIb Y1 60.875cm + Khoảng cách từ TTH I-I đến mép dầm thép, yIt H sb yIb 75.125cm + Ứng suất mép dầm thép: f1t M D1 t yI 10.411kN / cm2 104.11Mpa I NC + Ứng suất mép dầm thép: f1b M D1 b y1 8.437kN / cm2 84.37 Mpa I NC - Ứng suất dầm thép MD2 + Mơmen tính tốn tĩnh giai đoạn II, MD2 = 755.235kN.m + Mômen quán tính mặt cắt liên hợp dài hạn: Ist’ = 2825594.85cm4 + Khoảng cách từ TTH II-II’ đến mép dầm thép: yIIb ' Y1 Z1' 81.359cm + Khoảng cách từ TTH II-II’ đến mép dầm thép: yIIt ' H sb yIb 54.641cm + Ứng suất mép dầm thép f 2t M D2 t y , 1.460kN / cm2 14.60MPa I st II + Ứng suất mép dầm thép f 2b M D2 b yII , 2.175kN / cm2 21.75MPa I st - Ứng suất dầm thép M AD : + Ứng suất mép dầm thép: f 3t + Ứng suất mép dầm thép: f 3b SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH M AD t y II I ST M AD b y II I ST Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY Khi ứng suất cánh dầm thép đạt đến giới hạn chảy ta có: Trường hợp cánh chảy ta có: f1t f 2t f 3t f y f 3t f y f1t f 2t f3t f y f1t f 2t 226.281MPa Trường hợp cánh chảy thì: f1b f 2b f 3b f y f 3b f y f1b f 2b f3b f y f1b f 2b 238.889MPa - Xác định Mômen uốn bổ sung M AD : + Mômen quán tính mặt cắt liên hợp ngắn hạn: Ist = 3966826.647cm4 + Khoảng cách từ TTH II-II đến mép dầm thép: yIIb ' Y1 Z1 106.349cm + Khoảng cách từ TTH II-II đến mép dầm thép: yIIt H sb yIb 29.651cm t + Mô men uốn bổ xung cần thiết cho cánh chảy ( M AD ) t M AD f3t I ST 3027230.997kN cm 30272.31kN m yIIt b + Mômen uốn bổ xung cần thiết cho cánh chảy ( M AD ) b M AD f3b I ST 3195898.663kN cm 31958.987kN m yIIb + Mômen uốn bổ xung cần thiết để xảy điểm chảy dầm thép ( M AD ) t b M AD min(M AD , M AD ) M AD min(30272.31;31958.987) 30272.31kN m - Xác định mômen chảy: M y M D1 M D M AD => My = 2306.983 + 755.235 + 30272.31 = 33334.527kN.m 2.8.1.2 Xác định mơmen dẻo Mp n - Cơng thức tính mô men dẻo: M p pi zi i 1 Trong đó: Pi: Lực dẻo thứ I phần tiết diện thứ I mặt cắt dầm chủ Zi: Khoảng cách từ điểm đặt lực dẻo thứ i đến TTH dẻo - Trong trường hợp trục trung hoà qua sườn dầm ta có sơ đồ tính: SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGƠ THANH THỦY Hình 2.23: Sơ đồ tính mơmen dẻo mặt cắt Giá trị mơmen dẻo mặt cắt tính theo cơng thức: Dcp t M p 0.85 AS f c ' Dcp tt Z s At Fyc Dcp t Fyw t w 2 Fyw tw D w Dcp 2 t Ab Fyt Dw Dcp b 2 Trong đó: As: Diện tích bê tơng (có bao gồm vút), As = 5024cm2 At: Diện tích cánh chịu nén, At = 120cm2 Ab: Diện tích cánh chịu kéo, Ab = 195cm2 Fy: Giới hạn chảy thép, Fy = 345MPa = 34.5kN/cm2 fc’: Cường độ chịu nén bê tông bản, fc’ = 30MPa = 3.0kN/cm2 Dcp: Chiều cao phần sườn dầm chịu nén, Dcp = 20.61cm Zs: khoảng cách từ trọng tâm bê tong đến mép dầm thép t 2t t bs ts s th bc th h bh th h 2 ZS 14.396cm bs th bc th bh th => Mô men dẻo mặt cắt trường hợp trục trung hòa qua sườn dầm là: M p 1597362kN cm 15973.62kN m 2.8.1.3 Kiểm toán dầm chủ theo trạng thái giới hạn cường độ I a Xác định sức kháng uốn danh định + Nếu Dp ≤ D’ Mn = Mp SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY + Nếu D’ < Dp ≤ 5D’ thì: M n 5M p 0.85M y 0.85M y M p Dp D' Trong đó: + My: Mômen chảy mặt cắt, My = 15973.62kN.m + Mp: Mômen dẻo, Mp = 33334.527kN.m + Dp: khảng cách từ mép bê tơng với trục trung hồ dẻo Dp Dcp tt th ts 28.236cm + D’: khoảng cách tính theo cơng thức D' H sb ts th 15.027cm 7.5 + = 0.9 thép có Fy = 250 MPa + 0.7 thép có Fy = 345 MPa + th, ts: Chiều cao vút chiều dày bêtông + Hsb: Chiều cao dầm thép - Kiểm tra cơng thức tính tốn: - Ta có: D' 15.027 Dp 28.236 5.D' 75.133 Vậy sức kháng danh định mặt cắt kiểm tốn tính theo cơng thức: Mn 5M p 0.85M y 0.85M y M p Dp ' D 18689.972kN m b Xác định sức kháng uốn tính tốn - Cơng thức tính tốn: Mr f Mn fr f fn Trong đó: + Mttmax: mơmen tính tốn lớn tải trọng gây + Mr: Sức kháng uốn tính tốn mặt cắt + Mn: Sức kháng uốn danh định + f : hệ số sức kháng uốn, f SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY + fn: sứ kháng uốn danh định cánh Sức kháng uốn tính tốn mặt cắt: - M r f M n 118689.972 18689.972kN m 2.8.1.4 Kiểm toán khả chịu lực dầm - Cơng thức kiểm tốn: M u M r Trong đó: Mu: Mơmen uốn tính tốn lớn nhất, Mu = 8649.467kN.m Vậy: M u 8649.467 M r 18689.972kN.m => Kết luận: Dầm đảm bảo khả chịu lực 2.8.2 KIỂM TOÁN SỨC KHÁNG CẮT CỦA DẦM CHỦ 2.8.2.1 Xác định hệ số c - Hệ số c: Là tỉ số ứng suất oằn cắt cường độ chảy cắt mặt cắt dầm - Cơng thức tính tốn: + Nếu : Dw E.k c =1 1.10 tw Fyw 1.10 E.k E.k Dw E.k C 1.38 Fyw tw Fyw Dw Fyw tw + Nếu 1.10 + Nếu 1.38 1.52 Ek Ek Dw C Fyw tw Dw Fyw tw Với: k d0 Dw - Tính hệ số k: k khoảng cách sườn tăng cường đứng 135 130 9.636 - Xác định hệ số c: Dw 130 E.k 105 9.636 65 1.10 1.10 82.216 c 1.0 tw Fyw 345 2.8.2.2 Sức kháng cắt dầm chủ SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY a) Sức kháng cắt mảnh sườn dầm phía - Cơng thức tính tốn + Nếu: M u 0.5 f M p + Nếu M u >0,5Ø f M p Mr Mu M 0, 75Ø M f y r Với: R=0,6+0,4 thì: 0,87(1 c) V n =V p c c.V p d Dw thì: 0,87(1 c) V n =R.V p c d0 D w c.V p 0.176 R 0.365 Trong + M u : Mômen lớn mảnh sườn dầm xét tải trọng tính tốn + V p : Sức kháng cắt dẻo sườn dầm Vp 0.58 Fyw Dw tw 0.58 345 101 130 5202.6kN + M r : Sức kháng uốn tính tốn + Ø f : Hệ số sưc kháng uốn + M y : Mômen chảy + D w : Chiều cao sườn dầm + d : Khoảng cách sườn tăng cường đứng + c: Tỉ số ứng suất oằn cắt cường độ chảy cắt - Tính sức kháng cắt danh định: Ta có: M u = 8649.467 > 0.5 x Ø f x M p = 7986.81kN.m Vậy ta có sức kháng cắt sườn dầm tính theo cơng thức: SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY 0,87(1 c) Vn RV p c 914.717 d 1 Dw b) Sức kháng cắt mảnh sườn dầm gối - Cơng thức tính tốn: V n =c.V p V p =0,85.F yw D w t w Trong +V n : Sức kháng cắt danh định +V p : Lực cắt dẻo mặt cắt, V p = 5202.6kN +c: Hệ số xác định phần trên, c = 1.0 - Sức kháng cắt danh định, V n = Ø f V n = 1.0 x 5202.6= 5202.6kN 2.8.2.3 Kiểm toán khả chịu cắt dầm - Cơng thức kiểm tốn: V r V ttmax - Sức kháng cắt tính tốn sườn dầm, V r = Ø v V n = 1.0 x 5202.6= 5202.6kN Trong đó: + Ø v : Hệ số sức kháng cắt, Ø=1.0 + V n : Sức kháng cắt danh định + V r : Sức kháng cắt tính tốn - Kiểm tốn : V r = 5202.6 > V ttmax = 1019.757kN kết ln: Đạt 2.9 TÍNH TỐN KHỐI LƯỢNG MỐ - Kích thước mố A B: Mố cầu có kích thước sau: SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY Cấu tạo độ Tên cấu kiện dài (m) Rộng(m) (a) (b) Diện tích (m2) 7.502 15.400 4.400 37.400 3.000 0.040 0.391 Tường cánh Thân mố Tường đỉnh Bệ móng Bản độ Gối kê Đá kê gối 11 11 11 0.2 0.625 1.4 0.4 3.4 0.2 0.625 Tên cấu kiện Tường cánh Thân mố Tường đỉnh Bệ móng Bản độ Gối kê Đá kê gối Thể tích (m3) 4.501 27.258 8.316 56.100 1.800 0.006 0.449 Hàm lượng thép (kN/m3) Cao (m) (c) 0.3 1.77 1.89 1.5 0.3 0.03 0.23 Thể tích Số ( m3) lượng 2.251 27.258 8.316 56.100 0.900 0.001 0.090 Trọng lượng Trọng lượng thép (kN) Bêtong (kN) 0.000 108.029 0.000 654.192 0.000 199.584 0.000 1346.400 0.000 43.200 0.000 0.144 0.000 10.781 Tổng Tổng thể tích (m3) 4.501 27.258 8.316 56.100 1.800 0.006 0.449 Tổng trọng lượng (kN) 108.029 654.192 199.584 1346.400 43.200 0.144 10.781 2362.330 2.10 TÍNH TỐN KHỐI LƯỢNG TRỤ - Kích thước trụ T1 T2: Trụ cầu có kích thước sau: SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY Tên cấu kiện Diện tích ( m2) Cao (m) Thể tích ( m3) đá kê gối xà mũ thân trụ bệ trụ 1.44 0.23 7.5 27.2 4.5 1.5 0.331 28 33.750 40.8 Tổng Hàm số lượng lượng thép (kN/m3) 1 Trọng lượng Thép Trọng Lượng BT Tổng trọng lượng 0 0 7.949 672 810 979.2 7.949 672 810 979.2 2469.1 2.11 ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG PHẢN LỰC VÀ CHẤT TẢI BẤT LỢI - Đường ảnh hưởng phản lực mố chất tải bất lợi - Đường ảnh hưởng phản lực trụ chất tải bất lợi SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY Xe tải thiết kế Xe trục thiết kế xe cách 15m Cấu kiện Mố 14.7 293.575 1660.392 14.7 Trụ 29.4 298.72 2073.47 29.4 - Áp lực hoạt tải tác dụng lên mố trụ mố/trụ Mố A Trụ Trụ Mố B 2362.33 2469.149 2469.149 2362.33 2952.913 3086.436 3086.436 2952.91 14.7 29.4 29.4 14.7 215.6 215.6 1181.635 1891.645 29.4 398.17 2291.017 546.473 1660.392 2206.865 1092.945 2291.017 3383.962 1092.945 2291.017 3383.962 1660.392 1660.392 Ap (kN) 5159.777 6470.398 6470.398 4613.305 2.12 TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRONG BỆ MĨNG MỐ, TRỤ 2.12.1.Tính toán sức chịu tải coc chọn cọc BTCT, tiết diện 40x40cm, L = 17,04m BT làm cọc có M300 có Rn= 130 (kg/cm2) 2.12.1.1.Sức chịu tải cọc theo vật liệu Sức chịu tải cọc theo vật liệu làm cọc xác định theo công thức : Trong đó: cọc BTCT có cốt đai xoắn SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY Pr : Sức kháng lực dọc trục tính tốn (N) Pn: Sức kháng lực dọc trục danh định (N) fc’: cường độ quy định bê tông cọc 28 ngày tuổi, fc’ = 30 mpa Ag: Diện tích mũi cọc, Ag = 160000 mm2 Ast: Giới hạn chảy qui định cốt thép chủ, ∅ 25 => Ast = 3925 mm2 φ: Hệ số sức kháng, φ = 0.75 Thay vào ta được: Pn = 4439930 N + Sức kháng dọc trục tính tốn: Pr = φ.Pn = 0.75 x 4439930 = 3329.948 kN 2.12.1.2.Sức chịu tải cọc theo đất Chỉ tiêu lý đất Tên lớp Bề dày lớp (m) 10 2.3 7.8 W γ γs γc e Sr C (%) (kN/m3) (kN/m3) (kN/m3) (-) (-) kN/m2 18.2 27.3 13.78 0.982 0.893 31.1 32.1 19.6 27.5 16.37 0.679 0.797 62.3 19.7 18.5 26.9 14.06 0.914 0.93 15.1 31.6 19.1 27.2 15.3 0.777 0.868 27.3 24.8 Cu kpa 26 140 93 153 Công thức: φsta : Hệ số sức kháng nén cọc đơn quy định điều 5.5.2.3 TCVN 11823-17 *) Xác định sức kháng mũi cọc: đất sét Ta có: qp = 9Su = x 0.153 = 1.377 Mpa; Có Ap = 160000 mm2; φqp = 0.35 Sức kháng mũi cọc: Qp = qp.Ap.φqp = 77112 *) Xác định sức kháng thân cọc: - Lớp 1: đất sét; với h1 = 10 – = m = 6000 mm => As1 = 4.h1.D = x 6000 x 400 = 9600000 mm2; φs1 = 0.35 Ta có: qs1 = α.Su Su: Sức kháng chịu cắt khơng nước SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGÔ THANH THỦY α : Hệ số kết dính áp dụng cho Su Su = 0.026 Mpa >0.005 Mpa => α 1.5 0.071 0.025 0.54 0.05 qs1 = 0.026 x 0.54 = 0.014 Mpa φs1 As1 qp1 = 0.35 x 9600000 x 0.014 = 47174.4 N - Lớp 2: đất sét; với h2 = 2.3 m = 2300 mm => As2 = 4.h2.D = x 2300 x 400 = 3680000 mm2; φs2 = 0.35 Ta có: qs = α.Su Su = 0.14 Mpa >0.005 Mpa => α 1.5 0.071 0.025 0.54 0.05 qs2 = 0.14 x 0.54 = 0.076 Mpa φs2 As2 qp2 = 97372.4 N - Lớp 3: đất sét; với h3 = 7.8 m = 7800 mm => As3 = 4.h3.D = x 7800 x 400 = 12480000 mm2; φs3 = 0.35 Ta có: qs3 = α.Su Su = 0.093 Mpa >0.005 Mpa => α 1.5 0.071 0.025 0.54 0.05 qs3 = 0.093 x 0.54 = 0.05 Mpa φs3 As3 qp3 = 219360.96 N - Lớp 4: đất sét; với h4 = m = 2000 mm => As4 = 4.h4.D = x 2000 x 400 = 3200000 mm2; φs4 = 0.35 Ta có: qs4 = α.Su Su = 0.153 Mpa >0.005 Mpa => α 1.5 0.071 0.025 0.54 0.05 qs4 = 0.153 x 0.54 = 0.083 Mpa φs4 As4 qp4 = 92534.4 N => Sức kháng đỡ tính tốn cọc: QR = 533555 N => Pdn = QR = 533.555 kN => Sức chịu tải cọc đơn: Ptt = (3329.948;533.555) = 533.555 kN 2.12.2.Xác định số lượng cọc - Ta có n Ap Ptt Với: n: số lượng cọc tính tốn β: Hệ số kể đến độ lệnh tâm tải trọng: β = 1.5 (đối với trụ); β = 1.6 (đối với mố) Ap: Tổng tải trọng tác dụng lên cọc tính đến đáy bệ móng (kN) Ptt: Sức chịu tải tính tốn cọc (kN) SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH Lớp: Cầu Đường Anh – K55 Trang 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP mố/trụ Mố A Trụ Trụ Mố B Ap (kN) 5159.777 6470.398 6470.398 5159.777 SVTH: LÊ PHƯỚC THÀNH GVHD: TS NGÔ THANH THỦY Ptt (kN) 533.555 533.555 533.555 533.555 β 1.6 1.5 1.5 1.6 ntt 15.473 18.190 18.190 15.473 Lớp: Cầu Đường Anh – K55 ncọc 18 21 21 18 Trang 74 ... thép: + Chiều cao bụng: Dw = 130 (cm) + Chiều dày cánh (Top flange): tt = (cm) +Chiều dày cánh (Bottom flange): tb = (cm) +Chiều cao toàn dầm thép: Hsb = 130+3+3 = 136 (cm) 2.3.5 CẤU TẠO BẢN BÊ