Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu 1 - Chương 6: Tính nội lực cầu dầm BTCT nhịp giản đơn (P5) cung cấp cho người học các kiến thức phần tính toán thiết kế tiết diện dầm bê tông cốt thép thường. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
12/3/2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Bộ mơn Cầu Cơng trình ngầm Website: http://www.nuce.edu.vn Website: http://bomoncau.tk/ THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU 1 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website mơn học: http://47XDCT‐GTVT.TK/ Hà Nội, 10‐2012 6.6. Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT • 6.6.1. Khái niệm chung – Theo tiêu chuẩn thiết kế cầu TCN272‐05, việc thiết kế công trình cầu tính theo 6 nhóm TTGH sau: • TTGH cường độ – Tổ hợp tải trọng cho xe tiêu chuẩn khơng có gió • TTGH cường độ – Xét đến tải trọng gió v > 25m/s và khơng có xe • TTGH cường độ – Xét đến tải trọng gió v = 25m/s và cầu có xe • TTGH sử dụng – Dùng để kiểm tra võng, vết nứt kết cấu BTCT, BTCT DƯL, sự chảy dẻo kết cấu thép, và trượt liên kết… Các tải trọng lấy giá trị danh định. • TTGH mỏi • TTGH đặc biệt – Xét tải trọng có liên quan đến động đất, lực va tàu bè, xe cộ… 369 12/3/2012 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6.6.2. Xác định chiều rộng cánh có hiệu “b” • 22TCN‐272‐05 (Mục 4.6.2.6.1) 370 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) – Tóm lại, chiều rộng cánh có hiệu dầm xác định sau: Dầm “b1” Dầm biên “b2” 1 4 L bw b1 12h f max bct / S 1 8 L bw / b1 b 6h f max bct / L h Trong đó: L = nhịp có hiệu (nhịp tính tốn cầu dầm đơn giản khoảng cách điểm uốn do tải trọng thường xuyên với dầm liên tục); hf = chiều cao trung bình mặt cầu; bw = bề rộng sườn dầm; bct = bề rộng cánh dầm; S = khoảng cách dầm chủ ; và Lh = chiều dài cánh hẫng 371 12/3/2012 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6.6.3. Tính bố trí cốt thép (sơ bộ) – Giả thiết trục trung hòa qua cánh dầm. Khi đó, tương tự phần thiết kế tiết diện bản, sức kháng mơ men của tiết diện tính sau: a M n As f y d 1 Trục Trong (d – a/2) là khoảng cách trung trọng tâm thép As và trọng hòa tâm vùng bê tơng chịu nén Nếu đặt (d – a/2) = jd ɸMn = Mu phương trình (1) viết lại là: M u As f y j d 2 Từ phương trình (2), có thể tính sơ lượng thép: As Mu fy j d Ví dụ với fy = 400MPa, ɸ = 0.9, BTCT thường j = 0.92 => As = Mu / (330d) 372 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6.6.4. Kiểm tra theo TTGH cường độ – Từ giá trị As vừa tính => lựa chọn đường kính cốt thép số thép => bố trí cốt thép => tính lại giá trị d – Tính lại kiểm tra giá trị c để đảm As f y a c bảo giả thiết vùng bê tông chịu nén 1 1 0.85 f c'b quy ước nằm ở phần cánh dầm T – Trường hợp kiểm tra c > hf , => giả thiết trục trung hòa qua cánh sai, vùng bê tơng chịu nén quy ước phủ kín phần cánh dầm nằm tràn sang phần sườn dầm => phải tính với tiết diện chữ T 373 12/3/2012 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) + Để tiện cho tính tốn, có thể chia diện tích cốt thép chịu kéo làm 2 phần thể ở hình vẽ đây. • Phần thứ 1 là Asf, khi nhân Asf với cường độ chảy thép fy tạo lực kéo cân với lực nén bê tông phần cánh hẫng • Phần lại (As – Asf), khi nhân (As – Asf) với fy tạo lực kéo cân với phần bê tông chịu nén ở sườn (a x bw) + Sức kháng danh định tiết diện T sẽ tính sau: h M n Asf f y d f a As Asf f y d 2 bw bw 374 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6.6.5. Kiểm tra giới hạn cốt thép tối đa – Điều 5.7.3.3.1. TCN272‐05 quy định hàm lượng thép chịu kéo tối đa phải giới hạn cho: c 0.42d – Trong đó, c là khoảng cách từ thớ chịu nén ngồi tới trục trung hòa c As f y 1 0.85 f c'b 1 a • Với bê tơng có f’c ≤ 28 thì β1 = 0.85 • Với bê tơng có 28≤ f’c ≤ 56 thì 1 0.85 0.05 f ' c 28 • Với bê tơng có f’c ≥ 56 thì β1 = 0.65 375 12/3/2012 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) – Nếu điều kiện c 0.42d không thỏa mãn, tiết diện xét coi có nhiều thép, khi ứng suất cốt thép chưa đạt tới giá trị chảy dẻo do biến dạng cốt thép nhỏ dẫn đến tiết diện có khả bị phá hoại giòn do bê tơng vùng nén vỡ (dầm bị phá hoại đột ngột mà khơng có dấu hiệu cảnh báo trước có độ võng lớn, mở rộng vết nứt bê tơng vùng kéo…) 376 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6.6.6. Kiểm tra giới hạn thép tối thiểu – Điều 5.7.3.3.2. quy định lượng cốt thép chịu kéo phải đủ để phát triển sức kháng uốn tính tốn (Mr = ɸMn) – Điều kiện kiểm tra sức kháng uốn tính tốn Mr phải lớn giá trị nhỏ (1.2 lần sức kháng nứt 1.33 lần mơ men uốn tính tốn Mu) 1.2M cr 1.33M u M n – Tuy nhiên, đối với cấu kiện khơng có thép dự ứng lực lượng cốt thép tối thiểu quy định ở đây coi thỏa mãn nếu: As f' f' 0.03 c As 0.03bw d c bw d fy fy 377 12/3/2012 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6.6.7. Kiểm tốn dầm theo TTGH sử dụng 6.6.7.1. Khống chế nứt phân bố cốt thép – Điều 5.7.3.4. TCN272‐05 quy định cấu kiện phải cấu tạo cho ứng suất kéo cốt thép thường ở TTGH sử dụng (fs) khơng vượt q giá trị ứng suất an tồn (fsa) và 0.6fy : f s f sa Z dc A 0.6 f y A s2y 378 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) đó: • Z = tham số bề rộng vết nứt, phụ thuộc vào điều kiện môi trường Giá trị thông số bề rộng vết nứt “Z” và chiều rộng khe nứt “w” Điều kiện môi trường Z (N/mm) Chiều rộng khe nứt w (mm) Điều kiện môi trường thông thường 30000 0.41 Điều kiện môi trường khắc nghiệt 23000 0.30 Với kết cấu vùi đất 17500 0.23 • dc = chiều dày lớp bê tơng bảo vệ tính từ thớ chịu kéo xa đến trọng tâm cốt thép gần ≤ 50mm 379 12/3/2012 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) – Ứng suất cốt thép fs tính sau: M = mơ men uốn tính theo TTGH sử dụng M fs h1 Icr = Mơ men qn tính tiết diện dầm chuyển nứt I cr h1 = Khoảng cách từ trục trung hòa tới trọng tâm thép Tính Icr sau: • Nếu trục trung hòa qua cánh dầm (x ≤ hf) b hf x + Tìm x từ phương trình: bx d x nAs d x với n = Es/Ec h1 + Tính Icr theo phương trình sau: I cr bx3 nAs d x bw 380 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • Nếu trục trung hòa qua sườn dầm (x > hf) b hf + Tìm x từ phương trình: x d h b bw h f x f x bw x nAs d x h1 bw + Tính Icr theo phương trình sau: h b bw h f I cr bw x3 b bw h f x f nAs d x 12 381 ...12/3/2012 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6. 6.2. Xác định chiều rộng cánh có hiệu “b” • 22TCN‐272‐05 (Mục 4 .6. 2 .6. 1) 370 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo)... ; và Lh = chiều dài cánh hẫng 371 12/3/2012 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6. 6.3. Tính bố trí cốt thép (sơ bộ) – Giả thiết trục trung hòa qua cánh dầm. Khi đó, tương tự phần thiết. .. cảnh báo trước có độ võng lớn, mở rộng vết nứt bê tơng vùng kéo…) 3 76 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6. 6 .6. Kiểm tra giới hạn thép tối thiểu – Điều 5.7.3.3.2. quy định lượng