Thuyết minh đồ án bê tông

Tài liệu tham khảo Thuyết minh đồ án bê tông

Phần I: Giới thiệu chung

Thiết kế lan can.

Thiết kế bản mặt cầu là bê tông cốt thép thường.Thiết kế dầm ngang là bê tông cốt thép thường.Thiết kế dầm chính là bê tông cốt thép dự ứng lực.3 Chọn thêm số liệu.

Chọn kích thước lan can: 400mm.Chọn cáp dự ứng của nhà sản xuất VSL.Chọn cốt thép thường AI, AII.

Chọn bê tông làm lan can, bản mặt cầu, dầm ngang cấp 30MPa.4 Bố trí mặt cắt ngang cầu.

Với số liệu đã có chọn phương án bố trí mặt cắt ngang cầu như hình vẽ:

Phần II : Tính toán lan can và tay vịn

1 Lựa chọn kích thước và bố trí thép trong lan can.Lựa chọn và bố trí thép như hình vẽ:

Chọn lớp bảo vệ cốt thép là: 30(mm).Sử dụng thép AII có: fy = 280(MPa).

Sử dụng bêtông cấp 30 MPa có: fc’ = 30(MPa).Thép thanh lan can dùng CT3 Cầu có fy = 200(MPa).Bố trí khoảng cách giữa các cột lan can là 1650(mm).

Bố trí khe giãn nở vì nhiệt cách nhau 8600(mm) với bề rộng là 20(mm).2 Xác định khả năng chịu lực của tường lan can.

2.1 Khả năng chịu lực của dầm đỉnh Mb.Do không có dầm đỉnh nên Mb = 0.

2.2 Khả năng chịu lực của tường quanh trục thẳng đứng MwH.

Do cốt thép bố trí đối xứng nên ta có momen âm và dương đều bằng nhau.Đối với tiết diện thay đổi ta qui đổi về tiết diện chữ nhật tương đương có diệntích bằng với diện tích ban đầu nhưng không làm thay đổi chiều cao của lan lan.

Chia tường thành 3 phần tại 3 vị trí thay đổi tiết diện như hình vẽ:

 Phần 1

Tiết diện phần 1 như hình vẽ:

Tiết diện là b x h = 350 x 200.

sy'c2 .12

Diện tíchcốt thépAs(mm2)

Chiều caocó hiệuds(mm)

Chiều caovùng nén qui

đổi a (mm)

= 46488,47 (kN.mm)

2.3 Khả năng chịu lực của tường theo trục nằm ngang Mc.

Phần này chỉ do cốt thép phía trong chịu và cũng chia làm 3 đoạn để tính trung bình.

Khi tiết diện thay đổi ta chọn tiết diện lớn nhất ở ngàm để xác định khả năng chịu lực.

Thép ở đây dùng thép Ф14 bố trí với a = 200 theo phương dọc cầu.Phương pháp tính tương tự như MwH.

Cắt 1 mm theo phương dọc cầu ta có 5 thanh nên diện tích thép trên 1mm dàilà:

5 .8

Ta có bảng tổng hợp sau:Phần

Bề rộngb(mm)

Diện tíchthépAs(mm2)

Chiều caocó hiệuds(mm)

Chiều caovùng nén qui

M 350 M 300 M 150M

34321,89.350 77351,89.450800

58468,89(Nmm / mm)58, 47(kNmm / mm)

3 Xác định khả năng chịu lực của thanh và cột lan can.3.1 Cột lan can Pp.

Y= 200 (mm): chiều cao của cột lan can.

Mp =.S.fy: là momen kháng uốn tại mặt cắt ngàm vào tường lan can.S:momen kháng uốn của tiết diện quanh trục x-x.

Momen quán tính của tiết diện:

MR = .S.fy

S : momen kháng uốn của tiết diện.

M L2

Số cột tham gia chịu lực là 1 cột.

 Sức kháng kết hợp của thanh lan can và cột lan can:

 

216.5568611, 21 101462,99.2 1650

2.2.1650 1070127658,86 N

127,66 kN

 Chiết giảm khả năng chịu lực của tường.

R H k.P HR

H

417,17.800 1.101, 46.1000800

 Sức kháng của cả tường và lan can kết hợp.

290,35.800 127,66.1000428,9

839, 22 mm

    Đảm bảo chịu va xe 4.1.2 Vị tri va tại thanh lan can

Với Lc = 2853 (mm) có 3 nhịp tham gia chịu lực do L = 1650 (mm).Số cột tham gia chịu lực là 2 cột.

Sức kháng của thanh và cột lan can:

16.5568611, 21 2.4.101462,99.16502.3.1650 1070

161767,75 N161, 77 kN

Chiết giảm như ở 4.1.1 và ta có:

    Đảm bảo chịu va xe.4.2 Va tại đầu tường.

Sức kháng của tường:

2cc

2.1650 1070

 

155141,3 N155,14 kN

Triết giảm khả năng chịu lực của tường như phần 4.1.1 và ta có:

    Đảm bảo chịu va xe.Vậy lan can đủ khả năng chịu lực.

4.3 Va xe tại khe giãn nở vì nhiệt.

Khi va xe tại khe giãn nở vì nhiệt thì cũng giống trường hợp va xe tại đầu tường nhưng lực Ft phân bố cho hai bên tường Do đó mỗi bên tường chỉ chịumột nửa lực Ft nên chắc chắn chịu được va xe.

4.4 Kiểm tra chống truợt của lan can.

Lực cắt do va xe truyền xuống ứng với lan can cấp L3 là:

ACV = 400.1 =400 (mm2/mm) diện tích tiếp xúc chịu cắt AVf = 0,77 ( mm2/mm) diện tích cốt thép chịu cắt.

C = 0,52μ = 0,6

Pc trọng lượng tỉnh trên 1 đơn vị chiều dài.Để an toàn ta chỉ lấy phần bêlông.

Pc = 1(400.150+300.300+200.350).0,2.45.10-4 = 5,39 (N/mm)Fy = 280 (MPa)

 Vn = 0,52.400+0,6(0,77.280+5,39) = 340,59(N/mm)Kiểm tra khả năng chịu lực cắt:

Vậy lan can đủ khả năng chống trượt.

5 Chứng minh công thức sử dụng trong phần tính lan can.

Công thức chứng minh ở đây chỉ dành cho phần cột và thanh lan can ở đầu tường:

Gọi: Khoảng cách giữa hai cột là: LSố cột tham gia chịu lực là : nTa có hình vẽ bên:

2W F

 Công của ngoại lực

+ Công của thanh lan can

i 1PM

n n 1M

xi

M n 1

Và áp dụng nguyên lý bảo toàn năng lượng: U =W

L n.L.M

Có hai phương pháp tạo độ dốc ngang cầu là làm lớp mui luyện hay dùng phương pháp nâng dầm Ở đây ta dùng phương pháp thứ hai và ta chọn như hìn vẽ:

Phần bản hẫng Shẫng = 450 (mm).Bản mặt cầu dày 200 (mm).

Bản mặt cầu dày 200mm

p5 p4

p1 = 800.200.1.0245.10-4 = 3,92 (N).p2 = 150.200.1.0,245.10-4 = 0,735(N).p3 = ½.200.300.1.0,245.10-4 = 0,735 (N).Trọng lượng của cột và thanh lancan.Thanh lan can:

Do khoảng cách giữa hai dầm chủ là 1,85 m < 4,6 m nên HL93 tác dụng chỉ có xe 3 trục ( Truck ).

Do thiết kế bản hẫng nên trục xe 3 trục cách mép làm 0,3 m Theo hình vẽ ta có:

Trục 3 xe trục cách tim dầm biên 100mm ớ phía trong bản loại dầm Ta có cường độ phân bố của bánh xe là:

2.b SW

Với: P = 145.103 (N).

b1 = b2 + 2.hDW = 510+2.700 = 650 (mm).Sw = 1140+0,833.X.

 

Tải trọng va xe truyền từ bản lan can xuống:

Ở đây ta chỉ thiết kế với tải trọng va xe là Ft =240 (kN) phân bố trên Lt

= 1070 (mm) ( lan can cấp L3 ) Chứ không thiết kế theo điều kiện tương thích về vật liệu vì khả năng chịu lực của tường ở mỗi vị trí khác nhau thí khác nhau.

Ta có sơ đồ truyền tải trọng va xe như hình vẽ:

tF 1

3240.10 1

.800.11070 2.810072267,66 N / mm

Ta có sơ đồ lực ở bản hẫng như hình vẽ:

MCT = 72267,66N/mmT = 89,89N

p1 + p5 = 3,95N

p4 = 0,095N p3 =0,375N

MDC2 =4,9.10-3N/mm, MDW = 2,76.10-3N/mm

LL = 90,41.10-3N/mmp2 =0,375N

6LL

DC = DW = LL = 1m=1,2

So sánh giá trị nội lực ở trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn đặc biệt ta có giá trị momen ở trạng thái giới hạn đặc biệt lớn hơn rất nhiều ở trạng thái giới hạn cường độ Do đó ta dùng tổ hợp tải trọng ở trạng thái giới hạn đặc biệt để thiết kế cốt thép.

M = 78227,56 (N.mm).N = 89,22 (N).

Giả thuyết toàn bộ lực kéo chỉ do cốt thép chịu và ta chỉ có momen âm nên giả thuyết lực kéo này do cốt thép chịu momen âm.

 = 1 do trạng thái giới hạn đặc biệt fc’ = 30 (MPa)

0,85.f a.b TA

Diện tích cốt thép trên 1 m dài : 20,6 (mm2 )

Chọn 10 16 có As = 20,11 (cm2) nhỏ hơn so với lượng thép yêu cầu 2,4% nên cố thép đảm bảo khả năng chịu lực.

0,043.2450 30

As = 2011 (mm2)b=1000 (mm)ds = 170 (mm)

7,35.2011(170 57, 63)3

250438619, 4 mm

Z = 30000 (N/mm) trạng thái bình thường dc = 30 (mm)

sa 3

sas

Cường độ cốt thép: fy = 280 (MPa)3.2 Xác định nội lực do tĩnh tải.

Cắt 1 mm theo phương dọc cầu ta có trọng lượng lớp phủ mặt cầu:DW= 1,43.10-3 (N/mm)

Trọng bản thân bản mặt cầu:

DC2 = hf c = 200.0,245.10-4 = 4,9.10-3 (N/mm).Momen ở trạng thái giới hạn cường độ

3.3 Nội lực do hoạt tải.

Do chấp nhận lấn làn nên ta có 2 trường hợp như sau:Trường hợp 1: Chỉ có 2 bánh xe đặt lên bản mặt cầu Cường độ phân bố của hoạt tải là:

Với: b1 = b2 + 2hDW = 510+2.700 = 650 (mm)P = 145.103 (N)

3145.10

78,38.1850M 1.1,75.1.1, 25.

= 73351126,95 (N)

Momen ở trạng thái giới hạn sử dụng:

= 41914929,69 (N)

3.4 Nội lực có xét đến tính liên tục của bản:

Do nội lực ở trường hợp 2 lớn hơn nên dùng giá trị nội lực ở trường hợp 1 nên ta dùng hoạt tải ở trường hợp 2 để thiết kế.

Ta có bề rộng ảnh hưởng của vệt bánh xe theo phương dọc cầu:SW+ = 660+0,55.S

= 660+0,55.1850= 1677,5 (mm)SW- = 1220+0,25.S

= 1220+0,25.1850= 1682,5 (mm)

Ta có cách qui đổi momen từ bản loại dầm sang bản ngàm như hình vẽ:

Trạng thái giới hạn cường độ:

1682,532994,16 N.mm



1677,523632, 23 N.mm

11682,529244, 4 N.mm

1677,513783,13 N.mm



Mà

Cách tính tương tự nhưng ta chọn ds = 160 vì phía dưới betông tiếp xúc trực tiếp với không khí Ta có:

Đối với thép chịu momen dương:

Vậy tiết diện đảm bảo chống nứt.

Phần IV : Tính toán dầm ngang

1 Số liệu tính toán.

Khoảng cách dầm chủ: S = l2 = 1850 (mm).Khoảng cách dầm ngang: l1 = 8375 (mm).

Lớp phủ phân bố đều với cường độ p = 1,43.10-3 (N/mm2).

3 Xác định nội lực do hoạt tải gây ra:

3.1 Hoạt tải qui từ 2 bản sàn lân cận về dầm phụ:

Ta có biểu đồ đường ảnh hởơng về giá trị  được tính như sau:

0.715110 kN110 kN

'

3.1.3 Tải trọng làn:

11, 25m 1, 2IM 0,75

Trạng thái giới hạn sử dụng:

11, 25m 1, 2IM 0,75

3.3.2 Tổ hợp 2 : xe Tandom và tải trọng lànTương tự với trường hợp 1 nhưng giá trị

 

2c

Giá trị M = 0,7.Mu = 0,7 159242958,7 = 11470071,7 ( N.mm)

Khoảng cách từ tâm cốt thép đến vùng chịu bêtông chịu kéo là 50 (mm). ds = 1250 – 50 = 1200 (mm)

Chiều cao vùng bêtông chịu nén là:

Vây thép chịu momen âm và dương như nhau và bố trí như hình vẽ:

4.2 Thép đai chịu lực cắt 4.2.1 Số liệu tính toán :

Tiết diện chịu lực cắt: bxh = 240x1250 (mm)Thép dọc chịu Momen: 320

Bêtông Mác 300

Lực cắt : Vu = 350994,4 (N)4.2.2 Tính bước cốt dai S

4.2.2.4 Xác định giá trị  và Xác định giá trị :

f   và x = 1,8.10-3 ta xác định :Ta có: x = 1,5.10-3   = 410

Lặp lần 1 với  = 42,20.

 x = 1, 68.10-3

  = 41,720

Lặp lần 2 với  = 41,720. x = 1, 7.10-3

  = 41,80

Lặp lần 3 với  = 41,80. x = 1, 7.10-3

  = 41,80

Giá trị  ở bước lặp này bằng với giá trị lặp ở bước 2 nên ta có  = 41,80.

Xác định giá trị :Ta có

Khả năng chịu cắt của cốt đai:

350994, 4

02 .12

0,04 0,1f b.d 30.240.1178, 44

497,54 mm0,083 30.240

0,083 f bS min

A f d cot gV

476994,33 N

Vậy điều kiện chịu lực của thép dọc đảm bảo.

Do đó trong dầm ngang ta bố trí thép đai 12 với bước đai là a 150 mm.

0,043.2450 30

As = 942,48 (mm2)b=240 (mm)

7, 49.10 mm

1200 235,917, 49.10

Z = 30000 (N/mm) trạng thái bình thường dc = 30 (mm)

Ac

sa 3

1 Lựa chọn kích thước hình học của dầm

Mặt cắt ngang tiết diện dầm chính như hình vẽ:

Kích thước của 1/2 dầm chủ như hình vẽ:

2 Tính toán hệ số phân bố ngang

2.1 Hệ số phân bố ngang của momen đối với dầm giữa 2.1.1 Một làn xe

sK

Xác định toạ độ trọng tâm của tiết diện

2.2.2Hai làn xe

3600

19000, 2

y2 = 0

Hệ số phân bố đối vớ tải trọng làn:

SEMlane

3.1.1 Tải trọng tác dụng.Đối với dầm giữa.Tĩnh tải:

Trọng lượng bản thân của dầm:

Do tiết diện của dầm thay đổi theo chiều dài: ở phần đầu dầm với diện tích A = 1500.600 = 900000(mm2) nên tải trọng phân bố với cường độ là: 900000.0,245.10-4 = 22,05(N/mm) ở phần giữa dầm với diện tích A =543750(mm2 ) nên tải trọng phân bố với cường độ là: 543750.0,245.10-4

= 14,69(N/mm).Trọng lượng bản mặt cầu:

DC2’ = 1850.200.0,245.10-4 = 9,07 (N/mm).

Trọng lượng dầm ngang xem như không chính xác là lực tập trung với giá trị:

DC2” = (1850-225).1050.240.0,245.10-4 = 10032,75 (N).Lớp phủ:

DW = 1850 1,43.10-3 = 2,65 (N/mm)Trọng lượng lan can tay vịn:

6225145 kN35 kN

110 kN110 kN

6225145 kN

2060731563 MPa

2,65 .8375.335002

371745312,5 MPa

9,3 .8375.335002

1304615625 MPa

110 kN110 kN

 

145000.0,5 145000.0,372 35000.0, 243134945 N

 

9,3 .0,5.167502

38343,75 N



1545548672 MPa

2,65 .6281, 25.335002

278808984, 4 MPa

9,3 .6281, 25.335002

97846178,8 MPa

1

 

14,69 0,75.25125 0, 25.83752

 

9,3 .0,5.167502

38343,75 N

 Mặt cắt tiết diện thay đổi

5164454117 MPa

2,65 .2098,881.335002

93164080,39 MPa

9,3 .2098,881.335002

326953187,8 MPa

213005 N



 

9,3 .0,933.312002

135576,56 N

 Mặt cắt tại gối

Do tại vị trí này đường ảnh hưởng của Momen nằm ngang nên tất cả các giá trị Momen bằng 0.

246057,5 N

44387,5 N

 

9,3 .1.335002

155775 N

Tổng hợp nội lực tại các mặt cắt:

Nhận xét nội lực do xe ba trục (Truck) lớn hơn xe hai trục (Tandom) nên ta lấy giá trị nội lực do xe ba trục tổ hợp với tải trọng làn.

Tĩnh tải vẫn giá trị như tính toán nhưng hoạt tải tính theo công thức:

Bản mặt cầu:

DC2’ = (600 +925 ).200 0,245.10-4 = 7,47 (N/mm).Dầm ngang:

DC2” = (600+925-225).1050.240.0,245.10-4 = 8026,2 (N).Trọng lượng bản thân: (tương tự dầm trong )

DC1 = 14,69 (N/mm).Lớp phủ:

Đối với 1 làn xe tải trọng làn là 9,3/3000 còn đối với hai làn thì tải trọng làn là 9,3.

Ta có bảng tổng hợp sau:

BẢNG TỔNG HỢP MOMEN Ở DẦM BIÊN 1 LÀN XE

L/2 2060731563 1182339788 775053906 225852812.5 1964456382L/4 1545548672 886754840.6 581290430 169389609.4 1508078224Thay đổi 527077310.2 295714046 198237041 57766812.08 523315287

3.3.1 Trạng thái giới hạn cường độ.

Với:  = 1γDC = 1,25γDW = 1,5γLL = 1,75

Ta có bảng tính giá trị tại các mặt cắt như sau:BẢNG TỔNG HỢP MOMEN

Nhận xét giá trị momen ở dầm biên lớn hơn nên ta thiết kế ứng với dầm biên.3.3.2 Trạng thái giới hạn sử dụng:

γDW = 1γLL = 1

Ta có bảng tính giá trị tại các mặt cắt như sau:BẢNG TỔNG HỢP MOMEN

4 Lựa chọn số lượng cáp và bố trí cáp.

Theo VSL ta dùng cáp 12,7mm để thiết kế cho dầm dự ứng lực.

Do ta xác định nội lực tác dụng lên dầm để xác định lượng cáp trong dầm theo công thức

0,855.f h

Ta có giá trị Mu = 9975176492 (MPa)

2ps

Bố trí cáp trên các mặt cắt ngang:

Bè TRÝ C¸P DUL MC GèIBè TRÝ C¸P DUL MC TIÕT DIÖN THAY §æI

Bè TRÝ C¸P DUL MC l/4Bè TRÝ C¸P DUL MC l/25

15

h0: là khoản cách từ trọng tâm ống gen đến mép dưới của dầm ở khu vực giữa dầm.

L1: là khoảng cách từ góc toạ độ đến vị trí đầu tiên của đường cong.L2: là khoảng cách từ góc toạ độ đến điểm cuối của đường cong.L: là khoảng cách từ góc toạ độ đến điểm gãy của cáp.

R: là bán kính cung dùng để ướn cáp.

: là góc hợp bởi đường chuẩn với đường thẳng nằm ngang.x: là khoảng cách từ góc toạ độ đến vị trí cần xác định toạ độ y: là khoảng cách từ tâm ống gen đến mép dưới của dầm.

: là góc hợp bởi phương của đường chuẩn với phương của đường thẳng tạivị trí x.

Khi tính toạ độ ta có : L, h, h0 , R, x.Tính các giá trị còn lại.

R harctg.

 

Xác định góc  và hx

 Nếu 0< x  L1

y = ho + (L –x ).tg   Nếu L1 < x  L2

4.2.2Áp dụng tính tiêu biểu cho bó cáp số 5.Ta có:

L = = 10100 (mm).h = 1200 (mm).h0 = 380 (mm).R = 85000 (mm).

2

 Mặt cắt tại gối:x = 200 < L1 = 6666,91=>  = 0

y = 380+ (10100 – 200 ) tg0,081 = 1183,66 (mm)  Mặt cắt tiết diện thay đổi :

x = 2270 < L1 = 6666,91 =>  = 0

y = 380 + (10100 – 2300 ) tg0,081 = 1021,3 (mm)  Mặt cắt ¼ nhịp :

x = 16750 > L2

=>  =  = 0,081y = 380

Các bó cáp còn lại tính tương tự ta có bảng kết quả sau:BẢNG TỔNG HỢP SỐ LIỆU BỐ TRÍ CÁPTên

bó Khoảngcách h0

Bán kính

cong Điểmuốn neo cápĐiểm chuyểnGóc Khoảngcách L1

Khoảngcách L2

Chiều dàicápBó 1 120 60000 5500 240 0,0218 6154,03 4846,13 33902,5Bó 2 120 75000 7000 600 0,0685 9569,75 4436,27 33928,9Bó 3 120 60000 5500 240 0,0218 6154,03 4846,13 33902,5Bó 4 250 80000 9000 900 0,0721 11885,25 6122,25 33941,9Bó 5 380 85000 10100 1200 0,081 13544,38 6666,91 33958,92

51302 mm

A0 = bw h + (bf – bw ).hf + (b1 – bw ).h1 -APo

= 225.1500 + (600-225).200 + (600-225).350 – 22089,32= 521660,68 (mm2)

xbo

Diện tích:Ag = Ao + n.APs

fc = 50 (Mpa) = 2450 (Kg/m3)EPs = 180.103 (Mpa)

2g

Ko-o = n.APs (dPs – yto)

= 4,88.5505,5.(1291 – 777,84) = 13786987,61 (mm3)

o ogtgto

=> Ac = 548527,52 + 0,7746.1525.200 = 784780,52 (mm2)Momen quán tính đối với trục I-I

 3

2213329371, 4 mm

I Ictctg

ybc (mm) 937,84 970,81 969,13 968,86Ic (mm4) 3.1011 2,74.1011 2,75.1011 2,75.1011

6 Tính toán mất mát ứng suất.6.1 Mất mát ứng suất tức thời.

k 6,6.10

 

Tương t ự các mặt cắt còn lại ta có bảng tổng hợp sau:

B NG T NG H P M T MÁT NG SU T DO MA SÁTẢNG TỔNG HỢP MẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ỔNG HỢP MẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ỢP MẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT ẤT MÁT ỨNG SUẤT DO MA SÁT

ΔffPF Mặt cắt tại gối Tiết diện TĐ L/4 L/2