Thiết Kế Cầu Bêtông Cốt Thép phần 2

Thiết Kế Cầu Bêtông Cốt Thép

ĐỒ ÁN CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

Số liệu thiết kế:

Chiều dài nhịp:L=24(m) Khổ cầu:B=7+2*1.5=10(m) Tiêu chuẩn thiết kế và tải trọng:

- Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN – 272 – 05

• Tải trọng người: 300Kg/m2•Tải trọng xe: HL93

loại kết cấu:n=4 dầm chủ chử I ,bán lắp ghépDầm chủ:

+Chiều cao dầm chủ:H=1.45(m) + Chiều dày bản sườn:b=20 cm

+Khoảng cách giữa các dầm chủ:S=2.5(m)

Dầm ngang:3 dầm ngang trên một nhịp -> khỏng cách giữa các dầm ngang làl=24 /2=12(m)

Chiều rộng dầm ngang:Bản:

3000 = ++

= 183 >175mm

chọn hs=185mm làm chiều dày chịu lực của bản mặt cầu, cộng thêm 15mm hao mòn, chiều dày bản khi tính là h = 200mm Vì bản hẫng dầm ngòai phải thiết kế với tải trọng người đi bộ trên lan can nên chiều dày bản: h0= 200mm.

B.Trọng lượng các bộ phận

Tính theo chiều rộng rải bản ngang 1mm.Lan can:

Pb= 2400 x 10-9 x 9.81 x 200000 = 4.71N/mm

Lớp áo đường tương lai dày 75mm:

a Do bản mặt cầu

h = 200 mm, WS = 4.71 x 10-3 N/mm2, S= 2440 mm

Việc xếp tỉnh tải mặt cầu và sự phân bố momen âm và dương tren dải bản rộng 1mm

Các đường ảnh hưởng của bản mặt cầu cho theo phụ lục A, bảng A1 Đối với tải trọng phân bố đều, các diện tích trong bảng nhân với S để tính lực cắt S2 và momen:

R200 = WS x Diện tích thực không có đoạn hẫng x S= 4.71 x 10-3 x 0.3928 x 2500 = 4.63 N/mmM204 = WS x Diện tích thực không có đoạn hẫng x S2

= 4.71 x 10-3x 0.0772 x 25002 = 2272.6 N/mmM300 = WS x Diện tích thực không có đoạn hẫng x S2

) x 1250 = 13.2 N/mmM200 = W0 x Diện tích ĐAH đoạn hẫng x L2

= 4.71 x 10-3 x (-0.5) x 12502 = -3679.7 Nmm/mmM204 = W0 x Diện tích ĐAH đoạn hẫng x L2

= 4.71 x 10-3 x (–0.246) x 12502 = -1810.4 Nmm/mmM300 = W0 x Diện tích ĐAH đoạn hẫng x L2

= 4.71 x 10-3 x (0.1350) x 12502 = 993.5 Nmm/mm

) = 3.8 N/mmM200 = Pb x tung độ ĐAH x L

= 2.355 x (-1) x 1210 = -2849.5 Nmm/mm

M204 = Pb x tung độ ĐAH x L

= 2.355 x (-0.492) x 1210 = -1402 Nmm/mmM300 = Pb x tung độ ĐAH x L

)x1170 + 0.3928x2500] = 4.2N/mmM200 = WDW x [ Diện tích ĐAH đoạn hẫng x L2 + Diện tích ĐAH không hẫng x S2]

D.Xác định nội lực do hoạt tải:

Khi thiết kế mặy cầu có dải bản ngang theo phương pháp dải bản (gần đúng) [A4.6.2.1] sẽ tính theo tỉa trọng trục 145KN [A3.6.1.3.3] Tải trọng mỗi bánh xe trên trục giả thiết bằng nhau và cách nhau 1800mm Xe tải thiết kế được dặt theo phương ngang để gây nội lực lớn nhất , như vậy tim của bánh xe cách lề đường không nhỏ hơn 300mm khi thiết kế bản hẫng và 600mm tính từ mép làn thiết kế, 3600mm khi thiết kế các bộ phận khác.

Chiều rộng có hiệu của dải bản trong (mm) chịu tải trọng bánh xe của bản mặt cầu đổ tại chỗ là:- Khi tính bản hẫng: 1140 + 0.833X

- Khi tính momen dương: 660 + 0.55S- Khi tính momen âm: 1220 + 0.25S

Trong đó X - Khoảng cách từ bánh xe đến tim gối; S - Khoảng cách giữa các dầm.

Khi tính nội lực có thể tính tải trọng bánh xe như tải trong tập trung hoặc một dải tải trong phân bố ngang trên chiều dài bản, cộng Nếu nhịp ngắn tính mômen uốn theo dải tải trọng có thế nhỏ hơn nhiều so với lực tập trung.Với thông số của đầu đề,nhịp thuộc loai dàivà thiên về an toàn ta tính theo t6ải trọnh tập trung.

Số làn xe thiết kế NL trên mặt cắt ngang là số chẵn của chiều rộng phần xe chạy chia cho 3500mm [A3.6.1.1.1].

NL = Chẵn 

= 2

B: Khổ cẩu không tính làn cho người đi bộ.

Hệ số làn xe m=1,2 đối với một làn chất tải,m=1 đói với hai làn chất tải.

Momen âm do hoạt tải trên bản hẫng :

Nội lực do hoạt tải tác dụng lên bản hẫng chỉ gồm co tải trọng người phân bố đều trên bề rộng của lan can với cường độ p=300KG/m2=3x10^(-3) N/mm2

Vì lan can truyền tải trọng xuống bản mặt cầu tại hai điểm nhưng mot lực truyền vào gối nên xem như một lực.Mà tải trọng người phân bố đều trên lan can->Tải trọng người tác dụng xuống bản tai một điểm có giá trị : P=(px1000)/2=1,5N/mm.

Tính lực cắt và momen tại các tiết diện 200,204,300

R200=P(tung độ đường ảnh hưởng)=1.5*(1+1.232*1210/2500)=2.39N/mm

M200= P(tung độ đường ảnh hưởng)=1.5*(-0.97)*1210=1760.55 N/mm M204= P(tung độ đường ảnh hưởng)= 1.5*(-0.4772)*1210=866.118 N/mm M300= P(tung độ đường ảnh hưởng)= 1.5*(0.2619)*1210=475.35N/mm

b.Momen dương lớn nhất do hoạt tải:

Chiều rộng tương đương của dải bản : L = 660 + 0.55S = 2035mm+ Mômen uốn dương khi chất xe một làn m=1.2

R200 =m *

2

= 1.2(0.51-0.0592)

72 × 3 = 19.3N/mm = 19.3 KN/m

M204 = m*S*

= 1.2 (0.2040-0.0224)x 2500 x

= 19409.3 Nmm/mm = 19.41 KNm/m

DAH M204

Trường hợp chất tải 1 làn thiết kế sẽ được khống chế.

c.Mômen âm lớn nhất tại gối trong do hoạt tải.

Chiều rộng dải bản: L = 1220 + 0.25S = 1220 + 0.25x2500 = 1845mm, dùng tung độ ảnh hưởng bảng A1, mômen uốn tại 300 :

DAH M300900900

M300 = m(Tung độ DAH)S

2=1.2 (-0.1022-0.0739)x 2500 x

72 × 3 = -19.1 Nm/m

d.Phản lực lớn nhất do hoạt tải của dầm ngoài

Tải trọng bánh xe ngoài dặt cách mép lan can 300mm hay cách 550mm tính từ tim dâm chủ như.Chiều rộng làm việc của dải bản cũng lấy như bản hẫng.

R200 = m(Tung độ DAH)

2=1.2 (0.7456-(-0.0286))

2035105.72 x 3

= 33.1 KN/m

Hệ số sung kích IM [A3.6.2.1] là 33% (TCN272 – 06 là 25%) của nội lực do hoạt tải:R200 = η[γPDC + γPDW + 1.75(LL + IM)]

= 0.95[1.25 x (4.63+13.2+3.8)+1.5 x (4.2)+1.75x(1.33x49.35)]= 140.79N/mm = 140.79KN/m

M200 = η[γPDC + γPDW + 1.75(LL + IM)]

= 0.95[1.25(-3679.7-2849.5) + 1.5(-1136.2) + 1.75x1.33x(-20000)]= -53595 Nmm/mm = -53.595 KNm/m

M204 = η[γPDC + γPDW + 1.75(LL + IM)]

= 0.95[1.25x2272.6+0.9x(-1810.4-1402) + 1.5x(241.94) + 1.75x1.33x19490]= 43391.7Nmm/mm = 43.392KNm/m

M300 = η[γPDC + γPDW + 1.75(LL + IM)]

= 0.95[1.25x(-3152.8) +0.9x(993.5+769.4) + 1.5x(-1416.9) + 1.75x1.33x-19630]= -47657.3 Nmm/mm = -47.66KNm/m

• Dùng hàm số tải trọng < 1 tại vị trí đường ảnh hưởng trái dấu để có momen tải trọng lớn nhất

Bể rộng bầu dầm I là 500 mm nên tiết diện thiết kế sẽ là 250 mm về phái mỗi phía tim dầm Tiết diện có mômen âm nguy hiểm ở mặt trong dầm ngoài.

Các trị số trên hình là 1mm chiều rộng của dải bản Tải trọng bánh xe tập trung cho trường hợp một làn xe chất tải, nghĩa là:

W = 1.2(P/2)/1400 =1.2(72500/1400) =62.14 N/mm

Khi tính mômen các tải trọng được tính riêng do đó có mặt trị số R200

ω= 0.00471ω= 0.00166ω= 0.00471

a.Bản mặt cầu

MS = 21

= -34296.7Nmm/mm = -34.3KN/m

Momen thiết kế này giảm đáng kể so với M200 = -53.211KN/m

F.Chọn tiết diện cố thép

mặt cầu và lan can.

Chiều cao có hiệu quả của bản bê tông khi uốn dương và âm lấy khác nhau vì các lớp bảo vệ trên và dưới khác nhau.

Lớp bảo vệ [A5.12.3.1]

- Mặt cầu bê tông trần chịu bao nhiêu hao mòn: 60mm

- Đáy bản betông đổ tại chỗ: 25mm

d(+) = 200 – 15 –25 – 16/2 = 152 mmd(-) = 200 – 60 –16/2 = 132 mm

φ = φASfy(d - 2

)a =

giả thiết cánh tay đòn (d-a/2) độc lập với AS, có thể thay bằng jd và được trị số gần đúng của AS , để chịu φMn = Mu

AS =(

( jdf

Vì là biểu thức gần đúng nên cần kiểm tra sức kháng mômen của cốt thép đã chọn cốt thép lớn nhất [A5.73.3.1] bị giới hạn yêu cầu dẻo dai c≤ 0.42d hoặc a ≤ 0.42β1d với β1[A5.7.2.2]

≥ 0.03

ycff '

Với các tính chất vật liệu đã cho, diện tích nhỏ nhất của thép trên một đơn vị chiều rộng bản là:Min AS = 0.00225d

Khoảng cách lớn nhất của cốt thép chủ [A5.10.3.2] của bản bằng 1.5 lần chiều dày bản hoặc 450mm với chiều dày bản 185mmm:

Smax =1.5(185)= 277 mm

Cốt thép chịu mômen dương :

Mu = 43.392 KN/mm d = 152 mmChọn AS =

330 = 330(152)43392

0 =0.85(40)(1))400(889.0

= 10.46mmKiểm tra độ dẻo dai:

a≤ 0.35d =0.35(152) =53.2mm -> ĐạtKiểm tra cường độ mômen:

φ = φASfy(d - 2

= 0.9 (0.889)(400) (152 - 2

) = 46972Nmm/mm= 46.97kNm/m > 43.392 kNm/m

Đối với thép ngang dưới chịu mômemn dương dùng N015 @ 225 mm

b.Cốt thép chịu mômen âm

Mu = -34.3kNm/m d = 132 mmAS =

330 = 330(132)34300

0 = 0.65 40 1400889.0

=13.7 < 0.35x132 =46.2 mm -> ĐạtKiểm tra cường độ mômen:

φ = φASfy(d - 2

) = 2

) = 40053Nmm/mm

nM

% =

Trong đó: Ag - diện tích tiết diện nguyên, Trên chiều dày toàn phần 200mmAS ≥ 0.75

= 0.375mm2/mm

Cốt thép chính và phụ đều được chọn lớn hơn trị số này, tuy nhiên đối với bản dầy hơn 150 mmm cốt thép chống co ngót và nhiệt độ phải được bố trí đều nhau trên cả hai mặt Khoảng cách lớn nhất của cốt thép này là 3.0 lần chiều dày bản hoặc 450mm đối với cốt dọc trên dùng N010 @450mm AS = 0.222 mm2/mm.

G Kiểm tra nứt:

Nứt được kiểm tra bằng cách giới hạn ứng suất kéo trong cốt thép dưới tác dụng của tải trọng sử dụng fS nhỏ hơn ứng suất kéo cho phép fsa [A5.7.3.4]:

fS ≤ fsa = yc

6.0)( 1/3 ≤

đó mômen dùng để tính ứng suất kéo trong cốt thép là:M = MDC + MDW + 1.33 MLL

Việc tính ứng suất kéo trong cốt thép do tải trọng sử dụng dựa trên đặc trưng tiết diện nứt chuyển sang đàn hổi [A5.7.1] Dùng tỷ số modun đàn hồi n=ES/EC để chuyển cốt thép sang bê tông tương đương Môdun ES = 200000 Mpa [A5.4.3.2].

EC =0.043.γc1.5 fc'Trong đó:

= -> dùng n =6

a.Kiểm tra cốt thép chịu mômen dương:

Mômen dương trong trạng thái giới hạn sử dụng tại vị trí 204 là:M204 = MDC + MDW + 1.33 MLL

Tính các đặc trưng tiết diện chuyển đổi mặt cầu rộng 1mm có hai lớp cốt thép như hình dưới Vì lớp bảo vệ, cốt thép phía trên giả thiết nằm ở phía chịu kéo của trục trung hoà Tổng Momen tĩnh đối với trục tring hoà ta có:

) =6

88787)3.37152(24750 −

=192 MPa

Ứng suất kéo cũng đã được tính cho tiết diện một loạt cốt thép (bỏ qua cốt thép trên) và có kết quả là 200Mpa Sự tham gia của cốt thép trên nhỏ nên có thể bỏ qua cho thêm an toàn.

× = 292 > 0.6fy

Dùng

fsa = 0.6 fy =0.6 (400) =240 MPa > fs =192 MPa -> Đạt

Kiểm tra cốt thép chịu mômen âm

Mômen âm ở trạng thái giới hạn sử dụng tại vị trí 200 39 là :M200.72 = MDC + MDW + 1.33MLL

= (439.45-2948.4-8547.9)+(361)+1.33(-9739.4) = -23649.25 Nmm/mm

Tiết diện diện ngang chịu mômen âm thể hiện trên hình, có cốt chịu nén ở đáy bản Lần này x giải thiết lớn hơn d’ = 30mm, như vậy cốt thép đáy bản chịu nén Cân bằng mômen tĩnh đối với trục trung hoà:

× =300 Mpa >0.6fy fsa = 0.6fy =0.6x400 =240 > fs = 208.25 MPa