Tài liệu THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT - Chương 8 pptx

Thiết kế kỹ thuật chơng 8:tính toán mặt cầu CHƯƠNG TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU Ngun M¹nh Cêng 86 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 8:tính toán mặt cầu I CU TO BẢN MẶT CẦU: I.1 Sơ đồ tính tốn mặt cầu Mô tả mặt cầu: Bản dài 11m, phần mút thừa dài 3.175 m có sơ đồ chịu lực hình vẽ: 1250 60 25 25 750 250 150 300 250 150 270 270 710 270 ĐAH mô men mặt cắt gối 1,3912 0,3912 ĐAH mô men mặt cắt giũa nhịp 0,7824 0,7824 S tớnh toỏn mặt cầu I.2 Cấu tạo lớp áo đường: - Lớp phủ mặt cầu : + Bê tông asphalt dày 5cm trọng lượng riêng 2,25 T/m + Bê tông bảo hộ: dày 3cm trọng lượng riêng 2,4 T/m + Lớp phòng Racon#7 + Tạo dốc dày cm có trọng lượng riêng 2,4 T/m Ngun M¹nh Cờng 87 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 8:tính toán mặt cầu Tờn lp Bề dày(cm) TL riêng T/m3) Bm(m) Khối lượng (T/m) BT atsphan dày 2.25 11 1.2375 BT bảo vệ dày 2.4 11 0.792 Lớp tạo dốc 2.4 11 0.792 DWtcmc = 1.49325 ⇒ Tĩnh tải rải lớp phủ tính cho 1m cầu là: DW TCmc = 1.49325 (T/m) Lan can tay vịn lấy: Ta dùng loại lan can tay vịn thép, bệ đỡ BTCT có : DWThép= 0.05 T/m DWbệ đỡ= 0.5 T/m DWtcLC = 0.55 T/m DW TClc = 0,55x2=1,1 (T/m) Vậy tĩnh tải phần hai: DW TC = DW TCmc + DW TClc =1,49325+1,1=2,59325 (T/m) II NGUN TẮC TÍNH TỐN: Sử dụng phương pháp phân tích gần để thiết kế mặt BTCT cầu dầm hộp đổ chỗ đúc liền khối (Điều 4.6.2.1.6 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05) Khi tính tốn hiệu ứng tải bản, cho phép phân tích dải rộng 1m theo chiều dọc cầu Mơ hình hố sơ đồ làm việc kết cấu dầm liên tục, với sườn dầm hộp gối giả thiết có độ cứng tuyệt đối Các tải trọng tác dụng lên kt cu l : Nguyễn Mạnh Cờng 88 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 8:tính toán mặt cầu + Lan can :DClc + Trng lượng thân : DC + Trọng lượng lớp mặt đường : DWmc + Tải trọng người : PL + Tải trọng xe : LL + Lực xung kích : IM, lấy 25%LL Tính tốn hiệu ứng tải cho tải trọng thành phần gây mặt cầu Sau tổ hợp lại như điều 3.4.1-1 quy trình 22 TCN 272-05, gồm hai tổ hợp tải trọng nguy hiểm tổ hợp tải trọng cường độ tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng Sử dụng nội lực để tính tốn kiểm tra tiết diện III TÍNH TỐN MOMEN TRONG BẢN MẶT CẦU Theo quy trình quy định, sơ đồ làm việc tương tự dầm giản đơn Như chưa kể đến tượng ngàm với sườn dầm Theo điều 4.6.2.1.6 tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, dải coi dầm liên tục dầm giản đơn Chiều dài nhịp phải lấy khoảng cách tâm đến tâm cấu kiện đỡ, cấu kiện giả thiết cứng vơ hạn III.1 Tính tốn moment lực thành phần gây ra: Ngun M¹nh Cêng 89 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 8:tính toán mặt cầu III.1.1 Moment trng lượng mặt cầu gây Trọng lượng mặt cầu: DC = 2,53T/m2 Được tính trọng lượng mét dài mặt cầu chia cho chiều rộng toàn mặt cầu Khối lượng riêng bê tông lấy sơ 2,5 T/m3 M=DCx Ai Trong : DC tĩnh tải thân Ai diện tích ĐAH mặt cắt thứ i Bảng tính nội lực thân Tiết diện DC A(+) A(-) A M T/m2 m2 m2 m2 Tm/m Gối 2.531208 0.0186338 0.005134 0.0135 0.034171307 Giữa nhịp 2.531208 0.0355 0.020535 0.014965 0.037878991 III.1.2 Moment trọng lượng lan can gây Trọng lượng lan can coi lực tập trung đặt cách mép cánh hẫng 0.25m, có giá trị khối lượng mét dài lan can với khối lượng riêng bê tông 2,5T/m3 Trọng lượng lan can DClc = 1,1 T/m Mi=DClcxói Trong đó: DClc: trọng lượng lan can m dài cầu Mi: mô men tiết diện i Nguyễn Mạnh Cờng 90 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 8:tính toán mặt cÇu ói: tung độ ĐAH vị trí đặt lan can Tiết diện DClc Y M T/m m Tm/m Gối 0.55 0.34507042 0.189789 Giữa nhịp 0.55 0.69014085 0.379577 III.1.3 Moment trọng lượng lớp phủ mặt cầu gây ra: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: DW = 0,1195 T/m2 M=DWx Ai Trong : DW tĩnh tải lớp phủ mặt cầu Ai diện tích ĐAH mặt cắt thứ i Tiết diện DW A M T/m2 m2 Tm/m Gối 0.11946 0.0135 0.001613 Giữa nhịp 0.11946 0.01496479 0.001788 III.1.4 Moment tải trọng người gây ra: Tải trọng người thiết kế, PL = 3.0 x 1.5 m = 4.5 KN/m M=PLx Ai Trong : PL tải trọng người Ai diện tích ĐAH mặt ct th i Nguyễn Mạnh Cờng 91 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật Tit din chơng 8:tính toán mặt cầu PL A M T/m2 m2 Tm/m Gối 0.30 0.0135 0.00405 Giữa nhịp 0.30 0.01496479 0.004489 III.1.5 Moment tải trọng xe tải tiêu chuẩn gây Bản mặt cầu phân tích theo phương pháp dải gần đúng, quy định điều 4.6.2.1 Bản thiết kế cho tải trọng trục 145KN tải trọng (quy định điều 3.6.1.3.3 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05) Các bánh xe trục cách 1800mm, tải trọng bánh xe 72.5KN Tải trọng thiết kế gồm tải trọng 0,947T/m phân bố theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu giả thiết phân bố theo chiều rộng 3000 mm Hiệu ứng tải trọng thiết kế không xét lực xung kích Khi thiết kế vị trí ngang của xe bố trí cho hiệu ứng lực dải phân tích đạt giá trị lớn Vị trí trọng tâm bánh xe đặt cách đá vỉa 300mm thiết kế hẩng 600mm thiết kế phận khác Chiều rộng dải tương đương b(mm) bánh xe lấy bảng 4.6.2.1.3-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 Ta có: + Đối với phần hẫng : b = 1140 + 0.833x + Đối với vị trí có moment dương: b = 660 + 0.55s + Đối với vị trí có moment âm: b = 1220 + 0.25s Trong đó: x : khoảng cách từ tâm gối đến điểm đặt tải (mm) s : khoảng cách cấu kiện đỡ (mm) Khi tính tốn hiệu ứng tải, tải trọng bánh xe mơ hình hố tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp chiều dài diện tích tiếp xúc bánh xe cộng với chiều dy ca bn Nguyễn Mạnh Cờng 92 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 8:tính toán mặt cầu mt cu nh c xỏc nh di tải trọng phân bố đặt trọng tâm bánh xe phân bố dọc theo chiều dài dải tương đương tính Khi tính tốn giá trị b phần hẫng đồ án này, bánh xe HL93 nằm cánh hẫng nên có giá trị b khác cho bánh xe Do tính tốn ta lấy b giá trị trung bình Diện tích tiếp xúc bánh xe với mặt đường quy ước điều 3.6.1.2.5 phải coi hình chữ nhật có chiều rộng 510mm chiều dài : IM   L = 2.28x10 -3 γ 1 + P  100  Trong : P : Tải trọng bánh xe, P = 750000 KN IM : Hệ số xung kích, IM =0.25LL γ : Hệ số tải trọng (lấy với trạng thái giới hạn cường độ I), γ = 1.75 ⇒ L = 361.6 (mm) Vậy diện tích tiếp xúc lốp xe 510 × 361.6 mm Kết tính tốn lập thành bảng sau: Tiết diện Số xe n Vùng tính b w (m) Gối (kNm/m) 2.368675 1.05028882 M- 1.39740401 Hẫng 2.368675 M+ 1.05028882 M- 1.39740401 Hẫng 2.368675 M+ Hẫng M+ 1.2 MTK -5.0403 -536.007673 2.7036 514.8322751 1.05028882 Giữa nhịp Ngun M¹nh Cêng 93 Líp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 8:tính toán mặt cầu M- 1.39740401 -5.0419 -479.320801 III.2 Tổ hợp nội lực: Sau tính tốn moment tải trọng thành phần gây ra, ta tiến hành tổ hợp nội lực với hệ số tải trọng tra bảng 3.4.1-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 Tất tải trọng tác dụng vào mặt cầu đưa vào tổ hợp Đối với mặt cầu, cần tính tốn kiểm tra theo hệ số sức kháng khống chế bề rộng vết nứt Cho nên ta tính tổ hợp cho trạng thái giới hạn cường độ I trạng thái giới hạn sử dụng Tổ hợp nội lực tổng tác dụng lực vừa tính (có nhân với hệ số tải trọng) Với trạng thái giới hạn khác nhau, hệ số tải trọng khác (bảng 3.4.1-1) Tính tốn nội lực theo cơng thức 1.3.2.1-1 tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 : Mfactored = η ∑ γ i i Qi Trong : γi : hệ số tải trọng Qi : ứng lực ηi : hệ số có liên quan đến tính dẻo, tính dư tầm quan trọng khai thác ηi = ηD ηR ηI - Khi tính tốn với trạng thái giới hạn cường độ: + ηD = thiết kế thông thường + ηR = thiết kế mặt cầu với mức dư thông thường + ηl = 1.05 cầu thiết kế quan trọng Vậy η = 1.05 - Khi tính tốn với trạng thái giới hạn sử dụng: + ηD = thiết kế thơng thường Ngun M¹nh Cêng 94 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 8:tính toán mặt cầu + R = thiết kế mặt cầu với mức dư thông thường + ηl = cầu thiết kế quan trọng Vậy η = Kết tổ hợp lập bảng: MDC MDCrailing MDW MPL MLL MIM Mcom1 (kNm/ (kNm/ (kNm/ (kNm/ (kNm/m kNm/m (kNm/m m) m) m) m) ) ) ) gmax 1.25 1.25 1.50 1.75 1.75 1.75 gmin 0.9 0.9 0.65 1.75 1.75 1.75 h 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 Tổ hợp com1 tổ hợp - - Gối 54.6033 Giữa - nhịp 25.3283 1.163 MDC MDCrailing - tải trọng 101.005 - 13.0544 22.6814 30.3018 -375.182 - 18.5216 5.55649 6.05542 -10.521 MDW MPL Ghi MLL TTGH -16.3431 CD1 MIM (kNm/m) (kNm/m) (kNm/m) (kNm/m) (kNm/m) kNm/m) gmax 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 h 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 Ghi (kNm/m) Tổ hợp 1.00 gmin Mcom2 1.05 com1 tổ hợp Gối -54.6033 -13.0544 -22.6814 101.0058 -30.3018 -232.729 tải trọng Giữa nhịp TTGH -25.3283 1.163 Ngun M¹nh Cêng -6.05542 -10.521 95 18.52164 5.556491 -17.4968 SD Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật Ghi chỳ: chơng 8:tính toán mặt cÇu γmax hệ số tải trọng lớn γmin hệ số tải trọng nhỏ IV THIẾT KẾ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU: * Từ bảng kết tổ hợp moment ta chọn cặp moment cực trị để thiết kế: M+ = Mgối = 259.511 (KNm) = 224.84 (Nmm/mm) M- = Mgiữa nhịp = -572.133 (KNm) = -572113 (Nmm/mm) * Các đặc trưng bêtông cốt thép sử dụng để thiết kế : + Cường độ chịu nén quy định bêtông tuổi 28ngày: f'c = 50 MPa + Mô đuyn đàn hồi bê tông : Ec = 4800 = 33941 MPa * Lớp bảo vệ cốt thép lấy theo bảng 5.1.2.3-1 Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 + Chọn lớp bêtông bảo vệ phía : 50mm + Chọn lớp bêtơng bảo vệ phía : 50mm => Chiều dầy làm việc bêtông : Đối với vùng chịu moment dương : Đối với vùng chịu moment âm : z = 320 - 50 = 270 mm z = 500 - 50 = 450 mm Theo công thức thực nghiệm diện tích cốt thép tính: As = Trong ú: Nguyễn Mạnh Cờng 96 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật Mu chơng 8:tính toán mặt cầu : moment un ti tit din tớnh cốt thép (đã nhân hệ số) z : chiều dầy làm việc tiết diện fy : Cường độ chịu kéo quy định thép fy = 420 Mpa Nguyễn Mạnh Cờng 97 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 ... MTK -5 .0403 -5 36.007673 2.7036 514 .83 22751 1.050 288 82 Giữa nhịp Ngun M¹nh Cêng 93 Lớp Cầu Đờng Sắt K42 Thiết kế kỹ thuật chơng 8: tính toán mặt cầu M- 1.39740401 -5 .0419 -4 79.32 080 1 III.2 Tổ... 1.05 com1 tổ hợp Gối -5 4.6033 -1 3.0544 -2 2. 681 4 101.00 58 -3 0.30 18 -2 32.729 tải trọng Giữa nhịp TTGH -2 5.3 283 1.163 Ngun M¹nh Cêng -6 .05542 -1 0.521 95 18. 52164 5.556491 -1 7.49 68 SD Lớp Cầu Đờng Sắt... com1 tổ hợp - - Gối 54.6033 Giữa - nhịp 25.3 283 1.163 MDC MDCrailing - tải trọng 101.005 - 13.0544 22. 681 4 30.30 18 -3 75. 182 - 18. 5216 5.55649 6.05542 -1 0.521 MDW MPL Ghi MLL TTGH -1 6.3431 CD1