Thiết kế cầu dây văng 8

Thiết kế cầu dây văng

Trang 1

I.2 – Cấu tạo bản mặt cầu

- Bề rộng bản mặt cầu : B = 16 m Theo giải pháp kết cấu ngang thì đối với kết cấu mặt cầu có bề rộng 12 < B < 16 m thì phải thiết kế DƯL ngang bản mặt cầu

- Chiều dày bản mặt cầu : hb= 25 cm.

- Chiều dài nhịp tính toán bản mặt cầu : L = 1080 cm.- Chiều dài phần cánh hẫng : hhang = 260 cm.

I.3 – Cấu tạo các lớp kết cấu áo đờng- Lớp bê tông Atphalt : 5 cm.

- Lớp bê tông bảo vệ : 3 cm- Lớp chống thấm : 3 cm.

Trang 2

- Tiết diện tính toán bản mặt cầu : Khi tính toán thiết kế thì ta tính cho mặt cắt bản có bề rộng b = 100 cm.

- Mô hình tính toán bản : tính toán bản mặt cầu theo sơ đồ dầm giản đơn hoặc dầm liên tục với các gối kê là các dầm chủ và giả thiết là các dầm chủ có độ cứng tuyệt đối Nh vậy có nghĩa là không kể đến hiện tợng ngàm của bản với dầm chủ Do đó khi tính toán mômen phần giữa của bản thì ta sẽ không xếp tải trọng lên phần ĐAH cánh hẫng để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất, đồng thời khi tính toán mômen âm tại gối đỡ thì không xếp tải trọng lên phần ĐAH ở giữa bản.

- Mặt cắt tính toán hiệu ứng lực :

+) Tính M+ : tính toán cho mặt cắt giữa nhịp bản.

+) Tính M- : tính toán cho mặt cắt gối đỡ (tại vị trí dầm chủ).II – Tính toán nội lực bản mặt cầu

II.1 – tải trọng tính toán bản mặt cầu - Trọng lợng bản thân bản : DC

- Trọng lợng phần lan can , gờ chắn bánh : DW1- Trọng lợng lớp phủ mặt cầu : DW2

- Hoạt tải : LL ( xếp trên 2 làn tạo hiệu ứng bất lợi nhất).- Tải trọng làn

- Lực xung kích : IM = 25%.- Các tổ hợp tải trọng thiết kế bản :

+) Tổ hợp theo trạng thái cờng độ I : để tính toán cờng độ bản.

+) Tổ hợp theo trạng thái cờng độ sử dụng : để tính toán chống nứt bản.II.2 – Các công thức tính toán nội lực bản mặt cầu

II.2.1 - Công thức tính nội lực do tĩnh tải

iqSPYQ =.+.Trong đó :

+) Mi : Mômen tại tiết diện i.

Trang 3

+) Qi : Lực cắt tại tiết diện i.

+) q : Tĩnh tải phân bố ngang cầu trên dải rộng 1m.+) Si : Diện tích ĐAH nội lực.

+) yi : Tung độ ĐAH tại vị trí đặt lực tập trung.

II.2.2 - Công thức tính nội lực do hoạt tải

- Bản mặt cầu đợc phân tích theo phơng pháp dải gần đúng đợc quy định trong điều 4.6.2.1.Với dải phân tích là ngang và có chiều dài nhịp tính toán L=91200 mm > 4600 mm Do đó bản đợc thiết kế với tải trọng xe tải và tải trọng làn thiết kế

+) Tải trọng 1 bánh xe là P = 72.5 KN.

+) Tải trọng làn : qlàn = 9,3 KN phân bố đều trên chiều rộng b = 3000 mm Do đó theo phơng ngang cầu thì tải trọng làn tơng ứng với tải trọng dải đều qlan = 3,1 KN/m Hiệu ứng của tải trọng làn không xét đến lực xung kích.- Khi thiết kế thì theo phơng ngang cầu hoạt tải đợc xếp trên 3 làn và đợc xếp sao cho tạo đợc hiệu ứng bất lợi nhất Vị trí tâm bánh xe đặt cách mép gờ chắn bánh đợc quy định nh sau :

+) Khi tính toán phần cánh hẫng : a = 300 mm+) Khi tính toán các bộ phận khác : a = 600 mm+) Cự ly giữa 2 xe : ≥1200 mm

- Hiệu ứng do hoạt tải bánh xe đợc mô hình nh tải trọng vệt với bề rộng bằng bề rộng của bánh xe cộng với chiều dày của lớp phủ mặt cầu hoặc đợc tính với bề rộng vệt bánh xe b (mm) đợc xác định theo quy định sau đây.

+) Khi tính toán phần cánh hẫng : b = 1140 + 0,833.X (mm)+) Khi tinh toán bản kê 2 cạnh :

1 - Đối với mômen dơng : b = 660 + 0,55.S.2 - Đối với mômen âm : b = 1220 + 0,25.STrong đó :

Trang 4

+) S : Là khoảng cách giữa các gối đỡ , S = 9120 (mm)+) b : Bề rộng dải bánh tơng đơng mômen (mm)

- Kết quả tính toán vệt bánh xe tơng đơng nh sau :

+) Khi tính toán mômen dơng : b = 660 + 0,55.9120 = 5676 mm =5,676 m

+) Khi tính toán mômen âm : b = 1220 + 0,25.9120 = 3500 mm =3,5 m

- Nội lực trong bản mặt do hoạt tải đợc tính theo công thức sau :

∑ + ∑

+) ϖi : Diện tích ĐAH nội lực II.3 – tính toán nội lực bản mặt cầu

II.3.1 - Các số liệu tính toán

- Chiều dài nhịp tính toán bản mặt cầu : Lb = 1080 cm- Chiều dài phần cánh hẫng : Lh =260 cm

- Chiều dày bản : hc = 25 cm

- Bề rộng tính toán bản : b = 100 cm

- Diện tích tiết diện tính toán : Ab = 2500 cm2

- Mômen quán tính tiết diện bản : Jb = 130208 cm4

- Tĩnh tải dải đều của bản : DCTC = 6,25 KN /m

- Tĩnh tải dải đều lớp phủ mặt cầu : DWTC = 2,77 KN /m- Tĩnh tải dải đều lớp phủ lề Ngời đi bộ : DWTC = 2,30 KN /m

Trang 5

- Trọng lợng rải đều phần chân lan can ngoài : Plcn = 3 KN- Trọng lợng rải đều phần chân lan can trong : Plct = 1,25 KN- Trọng lợng rải đều tay vịn : PTV = 0,265 KN

- Trọng lợng rải đều gờ chắn bánh : Pg = 1,406 KN- Tải trọng bánh xe : Pbanh = 72,5 KN.

- Tải trọng làn : qlan = 9,3/3 = 3,1 KN/m

II.3.2 - Tính toán giá trị mômen giữa nhịp bản Mg

- Sơ đồ tính : Khi tính toán mômen giữa nhịp bản thì để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất ta xếp tải nh sau :

qlan= 3.1 KN/mP =72.5KN

DC = 6.25 KN/m

P =72.5KNP =72.5KN P =72.5KNP =72.5KNP =72.5KN

DW = 2.77 KN/m

Sơ đồ tính toán mômen giữa nhịp bản

- Bảng kết quả tính toán giá trị Mg

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu trọngTải

Tung độY

Diện tích

Trang 6

1.231.831.831.230.33b 5.676

Tổng giá trị mômen Mg do hoạt tải Mg ht 116.56 203.97

II.4.3 - Tính giá trị mômen tại gối Mo

- Sơ đồ tính : Khi tính toán mômen gối bản thì để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất ta xếp tải nh sau :

+) Chỉ xếp tĩnh tải trên phần diện tích ĐAH âm.

+) Do hoạt tải nằm ngoài phần ĐAH mô men gối nên ta không xếp hoạt tải.

DC = 6.25 KN/mqle = 2.3KN/m

Sơ đồ tính toán mômen cánh hẫng

- Bảng kết quả tính toán giá trị mômen gối Mo

Trang 7

Tên gọi các đại lợng Kí

hiệu trọngTải

Tung độY

Diện tích

Tổng giá trị lực Mo do hoạt tải Mo ht 11.21 19.61

II.4.4 - Tính giá trị lực cắt bên trái Qp

- Sơ đồ tính : Khi tính toán lực cắt bên trái Qp thì để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất ta xếp tải nh sau :

Sơ đồ tính toán lực cắt bên phải tại gối

P =72.5KNP =72.5KNP =72.5KN

P =72.5KNP =72.5KN

P =72.5KNqlan= 3.1 KN/m

DW = 2.77 KN/m

DC = 6.25 KN/mPlct=1.25KN

Plcn=3KNqle = 2.3KN/mqNg = 3 KN/m

- Bảng kết quả tính toán lực cắt Qp

Tên gọi các đại lợng Kí hiệuTải trọng

Tung độ

Diện tích

ϖ Qp tcKN

Qp ttKN

a - Tính Qphai do tĩnh tải

Trang 8

Do tĩnh tải dải đều của bản DCtc 6.25 5.21 32.55 40.69

Do phần chân lan can ngoài Plcn 3 0.366 1.098 1.6470.366

3 – Nội lực do tải trọng ngời qNg 3 0.41 1.23 2.153

II.4.5 - Bảng tính toán giá trị lực cắt bên phải Qtr

- Sơ đồ tính : Khi tính toán mômen gối bản thì để tạo nên hiệu ứng bất lợi nhất ta xếp tải nh sau :

Trang 9

+) Chỉ xếp tĩnh tải trên phần diện tích ĐAH dơng.

+) Do hoạt tải nằm ngoài phần ĐAH mô men gối nên ta không xếp hoạt tải.

Sơ đồ tính toán mômen cánh hẫng

ĐAH mômen mặt cắt tại gối MoDC = 6.25KN/m

Plcn=3KNPlct=1.25KNqNg = 3 KN/mqle = 2.3KN/m

- Bảng kết quả tính toán lực cắt Qtr

hiệu trọngTải

Tung độ

Diện tích

Do phần chân lan can trong Plct 1.25 1.00 1.25 1.875

III – Tổ hợp tải trọng tính toán bản mặt cầu

- Sau khi tính toán đợc nội lực do các thành phần tải trọng thì ta tiến hành tổ hợp các giá trị nội lực theo các trạng thái cờng độ tơng ứng.

- Đối với bản mặt cầu chỉ cần kiểm toán cờng độ mặt cắt và kiểm toán chống

Trang 10

nứt bản do đó nội lực tại các mặt cắt sẽ đợ tổ hợp theo 2 trạng thái cờng độ là :+) Trạng thái cờng độ 1 : Kiểm toán cờng độ bản (sử dụng tải trọng tính toán với các hệ số tải trọng đợc quy định theo bảng 3.43.1-1)

+) Trạng thái giới hạn sử dụng : Kiểm toán chống nứt bản (sử dụng tải trọng tiêu chuẩn , các hệ số tải trọng đợc lấy bằng 1).

- Công thức tính nội lực tính toánSiTT = γi.SiThoạt tải

- Bảng tổng hợp tải trọng tính toán bản mặt cầu

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị

do đó mômen giữa nhịp bản đợc nhân với hệ số điều chỉnh α = 0,5.

+) Mômen gối đợc nhân với hệ số điều chỉnh α = 0,7.

+) MgTC = 0,5.210,34 = 105,17 KN.m, MgTT = 0,5 328,4= 164,2 KN.m+) MoTC = 0,7 71,35 = 49,95 KN.m, MoTT = 0,7 100,59 = 70,41 KN.m

IV – Tính toán và bố trí cốt thép bản mặt cầu IV.1 – vật liệu chế tạo dầm.

1 Bê tông chế tạo dầm :–- Mác bê tông : M500

- Trọng lợng riêng của bê tông : γbt = 2,5 T/m3

- Mô đun đàn hồi : Ec = 38000 Mpa

Trang 11

- Cờng độ chịu nén : fc’ = 50 Mpa

- Cờng độ chịu nén của bê tông lúc bắt đầu đặt tải tạo ứng suất trớc fci’= 0,9 fc” = 0,9 50 = 45 Mpa

- Hệ số quy đổi hình khối ứng suất : β = 0.8

- Cờng độ chịu kéo khi uốn : fr = 0,63 fc = 44,5 Mpa

- ứng suất trong thép khi kích : fPL = 1488 Mpa

- Hệ số ma sát lắc trên 1 mô men bó cáp : K = 6,6.10-7 (mm-1)- Chiều dài tụt neo : ∆L= 10 mm = 1 cm

3 Thép th– ờng chế tạo dầm.

- Giới hạn chảy của thép : fy = 420 Mpa

- Mô đun đàn hồi của thép : ES = 200000 Mpa

4 Các thiết bị chế tạo khác –

1- Neo: Sử dụng neo HVM 15-12 của công ty HVM – Trung Quốc

2- Kích : Sử dụng kích của Mỹ mang nhãn hiệu EnerpacPEM204ED101CIV.2 – Bố trí cốt thép chịu mômen

II.2.1 - Nguyên tắc bố trí thép bản mặt cầu

- Theo tính toán ta có :

Trang 12

+) Giá trị mômen dơng : Mg= 129,94 KN.m+) Giá trị mômen âm : Mo= -70,41 KN.m

Nh vậy ta thấy xét về mặt độ lớn thì Mg > Mo do đó ta chỉ cần tính toán và bố trí cốt thép cho thớ dới mặt cắt chịu Mg sau đó bố trí cốt thép DƯL và cốt thép thờng tại thớ trên chịu Mo giống nh cốt thép chịu Mg.

- Về nguyên tắc bố trí cốt thép DƯL thì ta sẽ bố trí các bó cốt thép DƯL ở thớ dới tại mặt cắt giữa nhịp bản , còn tại mặt cắt gối chịu mômen âm thì các bó cốt thép DƯL lại đợc uốn lên bố trí ở thớ trên Cách bố trí nh hình vẽ.

II.2.2 - Các công thức tính toán và bố trí cốt thép

- Mặt cắt bản mặt cầu là mặt cắt chữ nhật do đó ta dùng các công thức của mặt cắt chữ nhật để tính toán và kiểm duyệt khả năng chịu lực của mặt cắt

- Công thức xác định lợng thép DƯL cần thiết

a -dfA

Mn ps ps p + ASfydS − a − ASfydS −a

+) Công thức tính mômen kháng uốn danh định của mặt cắt +) Công thức tính sức kháng uốn tính toán của mặt cắt

Mr = ϕ MnTrong đó :

+) Aps : Diện tích cốt thép DUL

+) dp : Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL

Trang 13

+) f’c : Cờng độ của bê tông ở tuổi 28 ngày, f’c = 50 Mpa

+) ϕ : Hệ số sức kháng ,ϕ lấy bằng 1,0 đối với cấu kiện chịu uốn+) b : Bề rộng tính toán của mặt cắt.

+) β1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, β1 = 0.8 theo 5.7.2.2.+) fpu : Cờng độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa.+) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 85%fpu = 1581 MPa (bó 12 tao)

+) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết là thép DUL đã bị chảydẻo.

+) a = c.β1: Chiều dày của khối ứng suất tơng đơng

+) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh định tính theo công thức 5.7.3.1.1-1.

ff -1.04 2k

dck -1f f

Với

- Hàm lợng thép DƯL và thép thờng phải đợc giới hạn sao cho :42

- Bảng bố trí cốt thép và tính duyệt khả năng chịu lực mặt cắtMu

KN.m cmh cmb cm2Ag atpcm cmdp φs

mm thanhn lớin @Ascm cmats

cm2 φs'mm

n' thanh

n 'lới

@Apscm

Trang 14

2 c/de

4 10.00 15.00 2.66 2.13 17.35 0.202 198.01 198.01 1.21 Đạt- Kết luận : Mặt cắt bản mặt cầu đảm bảo khả năng chịu lực.

IV.3 – Bố trí cốt thép chịu lực cắt- Công thức kiểm toán

Trong đó:

+) ϕ : Hệ số sức kháng cắt đợc xác định theo bảng 5.5.2.2-1,

ϕ = 0.9 (với kết cấu BTCT thông thờng)

+) Vn : Sức kháng cắt danh định đợc xác định theo quy định của điều 5.8.3.2.

Vs v y v θ +αα=

pA f sinV

+) β : Hệ số chỉ khả năng bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo đợc quy định trong điều 5.8.3.4 , lấy β = 2

Trang 15

+) θ : Góc nghiêng của ứng suất nén chéo đợc xác định trong điều 5.8.3.4

Lấy θ = 45o

+) α : Góc nghiêng của cốt thép đai đối với trục dọc (độ) Nếu cốt đai thẳng đứng, α = 900.

+) Av : Diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly S (mm2).

+) VP : Thành phần lực ứng suất trớc có hiệu trên hớng lực cắt tác dụng, là dơng nếu ngợc chiều lực cắt (N) Với kết cấu BTCT thờng VP = 0

- Bảng kiểm toán khả năng chịu cắt của tiết diệnKí

n thanh

Kết luận : ta thấy tiết diện mặt cắt đảm bảo khả năng chịu cắt mà không cần

phải bố trí cốt thép ngang Tuy nhiên trong thiết kế ta vẫn bố trí cốt đai theo cấu tạo.

Trang 16

PhÇn 2 : TÝnh to¸n dÇm ngang

I – kÝch th íc h×nh häc cña mÆt c¾t dÇm ngangI.1 – KÝch thíc mÆt c¾t ngang cÇu

Trang 17

I.2 – Kích thớc cơ bản của dầm ngang- Chiều cao dầm ngang : hdn = 158 cm.- Bề rộng dầm ngang : bdn= 30 cm.

- Đối với kết cấu cầu có 2 dầm chủ tức là khi đó dầm ngang chỉ có 1nhịp thì ta tính toán dầm ngang theo sơ đồ dầm giản đơn với gối đỡ chính là 2 dầm chủ - Việc tính toán nội lực dầm ngang chỉ cần tính theo 1 bớc đó là tính dầm ngang chịu áp lực cục bộ

II.2 – Tải trọng tác dụng lên dầm ngang

II.2.1 Tĩnh tải –

- Trọng lợng bản thân dầm ngang :

DCdn = γbt.hdn.bdn = 25 1,58 0,3 = 11,85 KN/m- Trọng lợng bản mặt cầu :

DCmc = γbt.hc adn = 25 0,25 4 = 25 KN/m- Trọng lợng lớp phủ mặt cầu :

DWmc = pmc.adn = 2,77 4 = 11,1 KN/m

II.2.2 Hoạt tải–

- Xác định áp lực do 1 hàng bánh xe tác dụng lên dầm ngang +) Vẽ ĐAH phản lực gối dầm ngang (dạng ĐAH tam giác)

Trang 18

+) Xếp tải trọng theo phơng dọc cầu :

+) Tính áp lực do 1 hàng bánh xe tác dụng lên dầm ngang theo công thức :

+) Po : Tải trọng do 1 hàng bánh xe truyền lên dầm ngang +) Pi : là tải trọng trục thứ i.

+) Yi : Tung độ ĐAH phản lực tại vị trí bánh xe.+) Tính toán ta có :

1 – Tải trọng do 1 hàng bánh xe tải : POXT = 72,5 KN2 – Tải trọng do 1 hàng bánh xe 2 trục : PO2T = 93,5 KNII.3 – Tính toán nội lực dầm ngang.

II.3.1 Công thức tính toán nội lực –- Nội lực do tải trọng dải đều :

- Nội lực do tải trọng tập trung :

+) Yi : Tung độ ĐAH tại vị trí đặt tải trọng tập trung.- Nội lực tính toán :

1 – Với tĩnh tải

2 – Với hoạt tải

+) m : Hệ số làn , m = 0,85 (với cầu 3 làn)+) γ : Hệ số tải trọng

Trang 19

+) IM : Hệ số xung kích, IM = 1,25 (tải trọng làn không xét hệ số IM)

P =72.5KN

DC = (11.85+25) KN/mDW = 11.1 KN/m

P =72.5KNP =72.5KNP =72.5KN

P =72.5KNP =72.5KN

P =72.5KNqlan= 3.1 KN/m

DC = (9.38+25) KN/mDW = 11.1 KN/m

II.3.2 Bảng tính toán nội lực–Tên gọi các đại lợng

Tải trọng

(ϖ) KN.mMtc

Y

(ϖ) QtcKN

a - Nội lực do tĩnh tải

Do trọng lợng dầm ngang 11.85 10.4 123.24 154.05 4.56 54.04 67.55Do trọng lợng bản mặt cầu 25 10.4 260 325 4.56 114 142.5Do tĩnh tải lớp phủ 11.1 10.4 154.44 173.16 4.56 50.62 75.92Tổng nội lực do tĩnh tải 537.68 652.21 218.66 285.97

b - Nội lực do hoạt tải

Trang 20

Tổng nội lực do hoạt tải 521.21 1127.2 262.31 567.99

c-Nội lực do tĩnh tải + hoạt

II.3.2 Tính toán nội lực khi xét đến tính ngàm của dầm ngang–

- Để xét đến tính chất ngàm của dầm ngang với dầm chủ thì giá trị nội lực sau khi tính toán với sơ đồ dầm giản đơn sẽ đợc nhân với hệ số điều chỉnh α

+) Giá trị mômen gối : Mgối = 0,5 Mg+) Giá trị mômen giữa nhịp : Mgiữa = Mg

(Với Mg là giá trị mômen tại mặt cắt giữa nhịp tính theo sơ đồ dầm giản đơn )

- Kết quả tính nội lực dầm ngang đợc tổng hợp nh sau :

Tên gọi các đại lợng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

a - Nội lực tính theo dầm giản đơn

Mômen giữa nhịp tiêu chuẩn Mg tc 1058.89 KN.mMômen giữa nhịp tính toán Mg tt 1779.41 KN.m