Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu bê tông cốt thép 1 - TS. Nguyễn Ngọc Tuyển

Bài giảng Thiết kế và xây dựng cầu bê tông cốt thép 1 cung cấp cho người học các ví dụ tính nội lực do hoạt tải, tóm tắt cách tính và tổ hợp mô men tại một tiết diện dầm chủ cho trước, tính toán thiết kế tiết diện dầm BTCT,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

3/8/2014 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 BTCT 1 TS. NGUYỄN NGỌC TUYỂN Website mơn học: http://caubetong1.tk/ Link dự phịng:  https://sites.google.com/site/tuyennguyenngoc/courses‐in‐ vietnamese/cau‐btct‐1 Hà Nội, 1‐2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải • Tính nội lực do hoạt tải dầm giản đơn I‐33 có chiều dài nhịp tính tốn L = 32.2m tại tiết diện L/2;  3L/8; L/4; L/8 và tiết diện gối L L 3L L L/2 L 409 3/8/2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải • Số liệu cho trước: – – – – Cầu BTCT dầm I bán lắp ghép Số lượng dầm chủ mặt cắt ngang cầu: ng = 5;  Diện tích dầm chủ: Ag = 0.665 m2; Mơ men quán tính dầm chủ: Ig = 0.225m4; 410 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải – – – – – – Mô đun đàn hồi bê tông dầm chủ: Ec = 33943 MPa; Khoảng cách dầm chủ S = 2.4m;  Chiều dài cánh hẫng mặt cầu: Sh = 1.2m; Chiều dày ts = 0.2m Mô đun đàn hồi bê tông mặt cầu Ecs = 29395 MPa; Khoảng cách tính từ trọng tâm mặt cầu đến trọng tâm dầm chủ: eg = 0.95m 411 3/8/2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải 412 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải B1. Thay số vào cơng thức để tính tốn tham số độ cứng dọc: • • • • n = Ec/Ecs = 33943/29395 = 1.155; Ig = 0.225 m4; Ag = 0.665 m2; eg = 0.95m  Tham số độ cứng dọc: K g  n   I g  Ag  eg2   1.155   0.225  0.665  0.952   0.953m  Tỷ số: Kg L  ts3  0.953m  32.2m    0.2m   3.7 413 3/8/2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải B2. Thay số vào cơng thức để tính tốn hệ số phân phối mô men lớn (lưu ý đơn vị cơng thức mm): • S =2400mm • L = 32200mm • (Kg/Lts3) = 3.7  Đối với dầm giữa: (bảng 4.6.2.2.2a‐1)  Khi xếp 1 làn xe 0.4 0.3  S   S   Kg  mg MSI  0.06         4300   L   L  t s  0.4  2400   2400  mg MSI  0.06       4300   32200  0.3 0.1  3.7  0.1  0.474 414 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải  Khi xếp nhiều 1 làn xe 0.6 0.2  S   S   Kg  mg MMI  0.075         2900   L   L  ts  0.6  2400   2400  mg MMI  0.075       2900   32200  0.2 0.1  3.7  0.1  0.680  Trường hợp xếp nhiều 1 làn xe khống chế hệ số phân phối ngang mô men cho dầm ở  giữa:  mgMI = 0.680 415 3/8/2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải  Đối với dầm biên:(bảng 4.6.2.2.2c‐1)  Khi xếp 1 làn xe (dùng phương pháp đòn bẩy) 0.5P  y1  0.5P  y2 P 0.5P  1.042  0.5P  0.292  P  0.667 1.8m g MSE  g MSE g MSE Sh Hệ số phân bố ngang cho dầm biên kể tới hệ số xe: mg MSE  1.2  g MSE  0.8 S 1.8m 1.5 0.292 1.042 416 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải  Khi xếp nhiều 1 làn xe Phạm vi áp dụng công thức: mg MME  e  mg MMI 300mm  d e  1700mm Hệ số điều chỉnh e tính sau: de 2800 700 e  0.77  2800 e  1.02 e  0.77  0.5m de 0.7m Như vậy, mg MME  e  mg MMI  1.02  0.680 mg MME  0.694 1.2m 2.4m => Hệ số PP mô men khống chế cho dầm biên: mgME = 0.8 417 3/8/2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải B3. Thay số vào cơng thức để tính tốn hệ số phân phối lực cắt: • S =2400mm • L = 33200mm => Hệ số PP lực cắt khống chế cho dầm giữa: mgVI = 0.816 418 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải 0.8 • Khoảng cách từ tim dầm biên đến mặt lan can là:  de = 700mm   =>   e = 0.83   =>  mgVME = 0.83x0.816 = 0.68 => Hệ số PP lực cắt khống chế cho dầm biên: mgVE = 0.8 419 3/8/2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải B4. Lập bảng tổng hợp hệ số phân bố hoạt tải sau Mô men Lực cắt Dầm 0.680 0.816 Dầm biên 0.800 0.800 B5. Xếp hoạt tải lên đường ảnh hưởng nội lực để tính nội lực lớn do hoạt tải gây tiết diện 420 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải Tính nội lực do hoạt tải dầm giản đơn Ltt = 32.2m – (tại tiết diện L/2) 421 3/8/2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải Tính nội lực do hoạt tải dầm giản đơn Ltt = 32.2m – (tại tiết diện 3L/8) 422 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải Tính nội lực do hoạt tải dầm giản đơn Ltt = 32.2m – (tại tiết diện L/4) 423 3/8/2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải Tính nội lực do hoạt tải dầm giản đơn Ltt = 32.2m – (tại tiết diện L/8) 424 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải Tính nội lực do hoạt tải dầm giản đơn Ltt = 32.2m – (tại tiết diện gối trái) 425 3/8/2014 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải B6. Lập bảng tổng hợp mô men lớn tiết diện dầm do riêng hoạt tải HL93 gây Tại mặt cắt: MÔ MEN LỚN NHẤT TẠI CÁC MẶT  CẮT DO RIÊNG HOẠT TẢI HL93 (1) (2) (3) (4) (5) L/8 L/4 3L/8 L/2 Mômen dầm độc lập (kN.m) 1814 3021 3786 3992 Mômen dầm giữa: mgMI = 0.680 1234 2054 2574 2715 Mômen dầm biên: mgME = 0.800 1451 2417 3029 3194 426 Ví dụ tính nội lực do hoạt tải B6. Lập bảng tổng hợp lực cắt lớn tiết diện dầm do riêng hoạt tải HL93 gây Tại mặt cắt: LỰC CẮT LỚN NHẤT TẠI CÁC MẶT  CẮT DO RIÊNG HOẠT TẢI HL93 Lực cắt dầm độc lập (kN.m) (1) (2) (3) (4) (5) L/8 L/4 3L/8 L/2 520 434 353 277 205 Lực cắt dầm giữa: mgMI = 0.816 424 354 288 226 167 Lực cắt dầm biên: mgME = 0.800 416 347 282 222 164 427 10 3/8/2014 Tóm tắt cách tính tổ hợp mô men tại tiết diện dầm chủ cho trước Mô men (chưa nhân hệ số) do trọng lượng thân kết cấu:   MDC dahM M DC  DC ADC Mô men (chưa nhân hệ số) do trọng lượng lớp phủ mặt cầu:   MDW dahM M DW  DW ADW Mô men (chưa nhân hệ số)  do riêng hoạt tải:   MLL M LL m.g LL 1  IM  M Truc  9.3 ALdahM      max  dahM m.g LL 1  IM  M Truc  9.3 AL  Mơ men tính tốn theo TTGH được tổ hợp sau: M u    D C M DC   DW M DW   LL M LL  428 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 cơng 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… 429 11 3/8/2014 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) 430 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 431 12 3/8/2014 Tính… Phân bố ứng suất cánh dầm 432 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) (Phân bố ứng suất nén thực tế bản) (Phân bố ứng suất nén quy ước bản) 433 13 3/8/2014 Tính tốn thiết kế tiết diện dầm BTCT (t.theo) • 6.6‐3. Tính bố trí cốt thép (sơ bộ) – Giả thiết trục trung hịa qua cánh dầm. Khi đó, tương tự phần thiết kế tiết diện bản, sức kháng mô 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 hịa 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) 434 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 ở bước chọn sơ cốt thép =>  tra bảng để lựa chọn đường kính cốt thép số thép;  – Tiến hành bố trí cốt thép tiết diện; – Tính lại giá trị d; – Tính lại kiểm tra giá trị c để đảm bảo giả thiết vùng bê tông chịu nén quy ước nằm ở phần cánh dầm T (tức là: c  hf) b hf + Tìm x từ phương trình: x h   x  b  bw  h f   x  f    bw x   nAs  d  x     d 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   448 Ví dụ: Khống chế nứt dầm BTCT thường Tiết diện có khả năng chống mở rộng vết nứt tốt ??? bw = 500mm bw = 500mm 50 As=1500mm2 d = 1500mm hf =200 fy = 400MPa As=1500mm2 50 fy = 400MPa b = 1200mm d = 1500mm hf =200 b = 1200mm 449 21 3/8/2014 Ví dụ: Khống chế nứt dầm BTCT thường Kiểm tra khống chế nứt cho 2 tiết diện dầm biết: • Mơ men tính tốn ở TTGH sử dụng = MSD = 400(KN.m) • Tỷ số mô đun đàn hồi thép BT = n = 7 bw = 500mm bw = 500mm 50 As=1500mm2 d = 1500mm hf =200 fy = 400MPa As=1500mm2 50 fy = 400MPa b = 1200mm d = 1500mm hf =200 b = 1200mm 450 Ví dụ: Khống chế nứt dầm BTCT thường fy = 400MPa d = 1500mm hf =200 b = 1200mm bw = 500mm 50 As=1500mm2 451 22 3/8/2014 Ví dụ: Khống chế nứt dầm BTCT thường fy = 400MPa d = 1500mm x b = 1200mm bw = 500mm 50 As=1500mm2 452 Ví dụ: Khống chế nứt dầm BTCT thường fy = 400MPa d = 1500mm x b = 1200mm bw = 500mm 50 As=1500mm2 453 23 3/8/2014 Ví dụ: Khống chế nứt dầm BTCT thường f y = 400MPa d = 1500mm x b = 1200mm bw = 500mm 50 As=1500mm2 454 Ví dụ: Khống chế nứt dầm BTCT thường fy = 400MPa d = 1500mm hf =200 b = 1200mm bw = 500mm 50 As=1500mm2 455 24 ... sơ cốt thép =>  tra bảng để lựa chọn đường kính cốt thép số thép;   – Tiến hành bố trí cốt thép tiết diện; – Tính lại giá trị d; – Tính lại kiểm tra giá trị c để đảm bảo giả thiết vùng bê tông. ..  ? ?1  0.85 f c''b  ? ?1 a • Với bê tơng có f’c ≤ 28 thì ? ?1 = 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 ? ?1 = 0.65 440 Tính tốn thiết kế. .. ước bản) 433 13 3/8/2 014 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