Thiết kế dầm cho dầm cho cầu đường ô tô nhịp giản đơn, bằng bê tông cốt thép, thi công bằng phương pháp đúc riêng từng phần tại công trường và tải trọng cho trước

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KẾT CẤU BÊ TÔNG CÔT THÉP Giáo viên hướng dẫn : Nhóm : Lớp : ĐỀ BÀI : Thiết kế dầm cho dầm cho cầu đường ô tô nhịp giản đơn, BTCT, thi công phương pháp đúc riêng phần công trường tải trọng cho trước I SỐ LIỆU GIẢ ĐỊNH Chiều dài nhip: Hoạt tải Khoảng hai tim dầm S= Bề rộng chế tạo cánh Tĩnh tải mặt cầu rải (DW) Hệ số phân bố ngang tính cho momen Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt Hệ số phân bố ngang tính cho độ võng Hệ số cấp đường Độ võng cho phép hoạt tải Vật liệu (cốt thép theo ASTM 615M): : l = 11 m :HL–93 : 1.9m : bf = 1.5 m : 6.5 KN/m : mgM = 0,59 : mgQ = 0,53 : mgf = 0.5 : k = 0.65 : l/800 : Cốt thép chịu lực f y = 420MPa : Cốt thép đai f y = 420MPa : Bê tông f c = 30MPa Tiêu chuẩn TCVN 11823: 2017 II U CẦU VỀ NỘI DUNG A- TÍNH TỐN Chọn mặt cắt ngang dầm Tính momen lực cắt lớn tải trọng gây Vẽ biểu đồ bao momen, lực cắt tải trọng gây Tinh, bố trí cốt thép dọc chủ mặt cắt nhip Tính tốn bố trí cốt thép đai Tính tốn kiểm sốt nứt Tính độ võng hoạt tải gây Xác định vị trí mặt cắt cốt thép, vẽ biểu đồ bao vật liệu B- BẢN VẼ Thể khổ giấy A1 10 Vẽ mặt cắt dầm, vẽ mặt cắt đại diện 11 Vẽ biểu đồ bao vật liệu 12 Bóc tách cốt thép, thống kê vật liệu BTL KCBTCT 2021 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC MẶT CẮT DẦM 1.1 Chiều cao dầm h Chiều cao dầm h chọn theo điều kiện cường độ điều kiện độ võng, thông thường với dầm bê tông cốt thép chiều cao thảo mãn điều kiện cường độ thỏa mãn điều kiện độ võng Chiều cao dầm chọn không thay đổi suốt chiều dài nhịp chọn theo công thức kinh nghiêm: h= 1 l 10 20 h = (0.75 1.5)m Chiều cao nhỏ theo quy định quy trình là: hmin = 0.07 11 = 0.77m Trên sở chọn chiều cao dầm h =1000mm 1.2 Bề rộng sườn dầm bw Tại mặt cắt gối dầm, chiều rộng cảu sườn dầm định theo tính tốn ứng suất kéo chủ, nhiên ta chọn chiều dài sườn dầm không đổi suốt chiều dài dầm Chiều rộng b w chọn chủ yếu theo yêu cầu thi công cho dễ đổ bê tông với chất lượng tốt Theo yêu cầu đó, ta chọn chiều rộng sườn dầm bw = 250mm 1.3 Chiều dày cánh hf Chiều rộng cánh chọn phụ thuộc vào điều kiện chịu lực cục vị trí xe tham gia chịu lực tổng thể với phận khác Theo kinh nghiệm hf = 180mm 1.4 Chiều rộng cánh chế tạo Theo điều kiện đề cho b = 1500mm 1.5 Chọn kích thước vút bv1 = hv1 = 150mm BTL KCBTCT 2021 1.6 Tính trọng lượng thân 1m chiều dài dầm Diện tích mặt cắt dầm: A = 1,9 0,18 + 0,15 0,15 + 0, 25 (1, − 0,18) = = 0,5695m2 Nên: w dc = A = 0.5695 24,5 =13.95275( kN / m) Trong đó: trọng lượng riêng bê tơng = 24.5kN/m3 chọn phải nhỏ 1.7 Xác định bề rộng cánh tính tốn Bề rộng cánh tính toán dầm bên số nhỏ số sau: + 11 = 2, 75m với L chiều dài nhịp hữu + Khoảng cách hai tim hiệu dầm S = 1900 mm 200 = 2360 mm 12 h + b = 12 180+ + f w Bề rộng cánh hữu hiệu 1500 mm Qui đổi tiết diện tinh toán: ₋ Diện tích tam giác chỗ vát cánh: 4L= S1 =150 150 / =11250 mm ₋ Chiều dày cánh quy đổi: 2S1 11250 h qdf = hf + =180+ =194, 06 mm b − bw 1800 − 200 BTL KCBTCT 2021 BTL KCBTCT 2021 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 2.1 Chọn hệ số điều chỉnh tải trọng = Ta có : Trong đó: D R I ₋ D : hệ số liên quan đến tính dẻo ₋ R : hệ số liên quan đến tính dư ₋ I 0,95 : hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác Đối với trạng thái giới hạn sử dụng phá hoại mỏi thiết kế cầu bê tơng đường quốc lộ hệ số giới hạn cường độ lấy : =D R I D = 0,95 ; R =1,05 ; I = Đối với việc tính theo trạng thái = 0,95 = 0,95 1,05 0,95 = 0,948 < 0,95 Vậy lấy = 0, 95 2.2 Tính mơ momen lực cắt mặt căt Vẽ đường ảnh hưởng momen lực cắt + Chiều dài nhịp L=11m + Chia dần thành 10 đoạn tương ứng với mặt cắt từ đến 10 đoạn dài 1.1m ❖ Đường ảnh hưởng mô men mặt tiết diện: BTL KCBTCT 2021 Xếp tải lên đường ảnh hưởng momen: BTL KCBTCT 2021 Đường ảnh hưởng lực cắt xếp tải lên đương ảnh hưởng: BTL KCBTCT 2021 Các cơng thức tính tốn giá trị momen, lực cắt mặt cắt thứ i theo trạng thái giới hạn cường độ I: M CDI i = 1, 25w DC DC truck A Mi DW = M i + Mi + 1, DW AMi + mg M 1, 75 LLL AMi + 1.75k (1 + IM ) max( Pi yi + M =MDC +MDW +MLL i i Lan truck + max( M i i ; M tan dem ;P y i tan dem i ) i 10 i BTL KCBTCT 2021 V CDI =1, 25 w i A +1,5DW A + mg 1, 75LL A DC Vi Vi V L 1,Vi + 1.75k (1 + IM ) max( truck i Py; tan dem i Py i i =Vi DC + Vi DW + Vi Lan + max(Vi truck ; Vi tan dem ) =Vi DC + M iDW +Vi LL ➢ Các cơng thức tính tốn giá trị momen, lực cắt mặt cắt thứ I theo trạng thái giới hạn sử dụng I: M CDI =1,0 1, w A +1, 0DW A + mg i DC Mi 1, 0LL A + 1, k (1 + IM ) max( Mi M L Mi truck i Py; tan dem i P yL i = M iDC + M iDW + M iLan + max( M itruck ; Mitan dem ) = M iDC + M iDW + MiLL VCDI =1,0 1, w A +1, DW A + mg 1, 0LL A i DC = V DC i + V DW i Vi Vi + V V Lan truck + max(V i i L 1,Vi + 1, k (1 + IM ) max( truck i Py; tan dem i tan dem ;V i ) =Vi DC + M iDW +Vi LL Trong đó: LLL = 9, 3kN / m Tải trọng rải (9,3 KN/m) truck Py i tan dem i Hiệu ứng xe tải thiết kế mặt cắt thứ i Py i M m g V DC w DW 1+ IM A A Hiệu ứng xe hai trục thiết kế mặt cắt thứ i Hệ số phân bố ngang tính cho momen (đã tính hệ số m g w i Mi xe m) Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt (đã tính hệ số xe m) Trọng lượng dầm đơn vị chiều dài Trọng lượng lớp mặt cầu tiện ích cơng cộng đơn vị chiều dài ( tính cho dầm) Hệ số xung kích Diện tích đường ảnh hưởng Mi A Tổng đại số diện tích đường ảnh hưởng Vi Diện tích đường ảnh hưởng Vi (phần diện tích lớn) A k Trọng lượng riêng dầm Diện tích mặt cắt ngang dầm (m2) Hệ số cấp đường Vi 1,Vi Py i i i BTL KCBTCT 2021 TÍNH BẢN MẶT CẦU 8.1 Tính nội lực mặt cầu 8.1.1 Bản mặt cầu chưa lắp ráp Sơ đồ tính tốn sau: Dầm đầu ngàm, đầu tự do, chịu tải phân bố trọng lượng thân = h w Có s = = 0.18 24.5 = 4.41kN / m DC f c b − b = 1500 − 200 = 650mm ct w 2 Momen âm danh định lớn ngàm 1mm rộng w DC1 s 4.41 650 − = = 931.6125 Nmm / mm M DC1 = 2000 Lực cắt : V CD1 =w DC1 s = 4.41 650 10 −3 = 2.87 N / mm 8.1.2 Bản mặt cầu lắp ráp ❖ Sơ đồ tính dầm liên tục gối dầm chủ Tải trọng gôm tĩnh tải mặt đương cà lớp phủ, hoạt tải xe HL-93 Tĩnh tải Mơ hình đơn giản để tính momen tĩnh tải dầm hai đầu ngàm Chiều dài nhịp =s− s b = 1900 − 200 =1700mm w Tải trọng: w DW = Momen âm: M − DW = w DW 6.5 = = 3.82 kN / m = 3.82 N / mm s2 1.7 w DW s 3.82 17002 12 = 12 1000 = 919.98 Nmm / mm Momen dương: w DW s 3.84 17002 = 459.99 Nmm / + M mm = = DW 24 24 1000 Lực cắt: w s 3.84 1700 = 3.264 N / mm = DW 2 = DW2 22 1000 V 29 BTL KCBTCT 2021 ❖ Hoạt tải Momen tra bảng phụ lục A TCVN 11823-4:2017 ta có: Momen dương danh định có hệ số xung kích: M h+ = 21440 Nmm / mm Momen âm danh ddinhj lớn có hệ số xung kích: M h− = 20140 Nmm / mm Lực cắt lớn nhất: V = 1.33 145 1000 = 1.33 145000 = 96.42 N / mm h 2E 2000 ❖ 8.1.3 Tổ hợp nội lực Nôi hạn cường độ lực trạng thái giới ₋ Momen âm lớn ( M − 1.5 M DW +1.75kM = 1.25 M DC + − CD − h ) = 0.95 (1.25 931.613 + 1.5 919.98 + 1.75 0.65 20140 ) = 23559.23 Nmm / mm ₋ Momen duong lớ n nhất: +) + M CD = (1.5 M+ DW + 1.75kM h = = 0.95 (1.5 459.99 + 1.75 0.65 21440 ) = 23824.09 Nmm / mm ₋ Lực cắt lớn nhất: VCD = (1.25VDC + 1.5VDW +1.75kVh ) = 0.95 (1.25 2.87 + 1.5 3.264 + 1.75 0.65 96.42 ) = 112.25N ❖ Nội lực trạng thái giới hạn sử dụng ₋ Momen âm lớn M CD− = 1.0 (1.0 M DC1 + 1.0 M D−W +1.0kM h− ) = 1.0 (1.0 931.613 + 1.0 919.98 + 1.0 0.65 20140 ) = 14952.59 Nmm / mm ₋ Momen dương lớn kM h+ ) = ( + M CD = 1.0 1.0 M + DW + 1.0 = 1.0 (1.0 459.99 + 1.0 0.65 21440 ) = 14359.99 Nmm / mm 8.2 Tính tốn thiết kế cốt thép mặt cầu 8.2.1 Thiết kế cốt thép chịu momen âm ' = 420MPa ; Số liệu đầu vào : b =1mm ; h = 180mm; f c = 30MPa ; f y Ma=23559.23Nmm/mm Chọn ds = 140mm, giả định tiết diện khống chế kéo M u R = u = 0.85 f a = 7.548mm ' c ab d s − a 23559.23 0.9 = 0.85 30 a 140 − a 30 BTL KCBTCT 2021 a = 0.85 f c b = 0.85 30 7.548 = 0.4583mm / mm fy 420 ' Vậy có A ct s Chọn thép số 16 bước 200mm ta có : As=199/200=0.995mm /mm ❖ Tính duyệt: Sức kháng uốn A f a= s 0.85 f b ' c= a = 0.995 420 =16.39mm 0.85 30 c = s y 16.39 =19.28mm 0.85 = 0.003 d s − c = 0.003 140 −19.28 = 0.0188y = 0.0021 c19.28 Vậy cốt thép bị kéo chảy Có t = s = 0.0187 > 0.005 mặt cắt khống chế kéo = 0.9 M = 0.85 f ' ab d − a = 0.9 0.85 28 16.39 140 − 16.39 rcs 22 = 46273 Nmm / mm Có M r = 46273 Nmm / mm > M u = 23559.23 Nmm / mm Vậy tiết diện chịu đủ momen Lượng cốt thép tối thiểu: = f S = 0.67 1.2 3.33 180=14457.53 Nmm / mm cr r nc M n = 46273 Nmm / mm ( M > M cr ;1.33M u ) =14457.53 Nmm / mm Vậy tiết diện thỏa mãn điều kiện cốt thép tối thiểu Kiểm tra điều kiện kiểm soát nứt: Số liệu đầu vào: b=1mm; h =180mm; f c' = 30MPa ; f y = 420 MPa; As = 0.995mm ; ds = 140mm; Ma = 14953.59Nmm Kiểm tra xem tiết diện nứt hay chưa: > 0.8f = 0.8×3.33 = 2.67Mpa 14953.59 Ma f ct = = = 2.77MPa 180 bh Vậy tiết diện nứt r 31 BTL KCBTCT 2021 Trục trung hòa tiết diện nứt b x2 − nAs (d s − x) = 02 10 n = Es = E 0.0017 2450 30 = 6.38 n=7 0.33 c x2 − 0.995 (140 − x) = 02 x = 37.74mm I cr = bx3 + nAs (d s − a )2 = 37.743 + 0.995 (140 − 37.74) 33 = 90751.5mm4 f s = n M a (d s − x ) = 14953.59 (140 − 37074) =117.94MPa I90751.5 cr = ( f ;0.6 f f s ss ) =117.94MPa y Tính thơng số: Kết cấu nằm điều kiện phơi nhiễm loại =1+ s s= d 0.7 (h − d s c − 2d 123000 e f ss 40 =1+ c ) e =1.0 =1.408 0.7(180 − 40) 123000 = − 80 = 660.7mm 1.408 117.94 c Khoảng cách cốt thép chịu kéo thiết kế 200mm