(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế cầu dầm BTCT DUL nhịp giản đơn dài 25m tiết diện 1 căng sau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA XÂY DỰNG THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DƯL NHỊP GIẢN ĐƠN DÀI 25M TIẾT DIỆN I CĂNG SAU GVHD: NGUYỄN TRỌNG TÂM SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA MSSV: 15127078 SKL006829 Tp Hồ Chí Minh, tháng 02/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA XÂY DỰNG BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG  - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DƯL NHỊP GIẢN ĐƠN DÀI 25M TIẾT DIỆN I CĂNG SAU GVHD: SVTH: MSSV: Lớp: Học kỳ: Năm học: 2019 – 2020 TP HCM – 02/2020 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM PHẦN 1: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHƯƠNG I: SỐ LIỆU ĐẦU VÀO I SỐ LIỆU THIẾT KẾ: Chiều dài nhịp: L = 25m Khổ cầu: K = + 2 1m Tĩnh không: 3.5m Mực nước CN – TT – TN: 3.5 : 1.6 : 0.0m Số liệu địa chất: Ký hiệu lớp địa chất Đất sét pha cát lẫn sỏi sạn Laterite L1 Đất sét lẫn bột hữu L2 Đất sét lẫn bột cát mịn L3 Cát hạt trung lẫn sỏi sạn L6 II CÁC NGUYÊN TẮC KHI THIẾT KẾ CẦU: Đảm bảo mặt kinh tế: Hao phí xây dựng nhất, hồn vốn nhanh thu lợi nhuận cao Đảm bảo mặt kỹ thuật: Đảm bảo đủ khả chịu lực theo yêu cầu thiết kế, đảm bảo ổn định thời gian sử dụng lâu dài Đảm bảo mặt mỹ quan: Hòa tạo dáng đẹp cho cảnh quan xung quanh Dựa vào ba nguyên tắc ta phải ý số vấn đề sau: Phương án thiết kế phải dựa điều kiện địa chất, thủy văn khổ thông thuyền Cố gắng tận dụng kết cấu định hình sẵn có để cơng xưởng hóa giới hóa hàng loạt nhằm giảm giá thành cơng trình Tận dụng vật liệu sẵn có địa phương Áp dụng phương pháp thi công tiên tiến nhằm đảm bảo tiến độ chất lượng cơng trình THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CẦU DẦM GIẢN ĐƠN DẦM THÉP LIÊN HỢP BTCT I Các số liệu thiết kế: Kết cấu nhịp gồm có dầm Khoảng cách trục dầm chính: 2100mm Chiều dài tồn dầm: 25000mm Chiều dài tính tốn: 24400mm Kết cấu lan can lề hành giống phương án sơ Khoảng cách hệ LKN 4880mm Được cấu tạo vẽ II Tính tốn dầm chính: II.1 Chọn sơ tiết diện dầm chính: Phần dầm thép: Chọn thép dầm chủ thép M270M cấp 345 (A709M cấp 345 – ASTM) thép hợp kim thấp cường độ cao Chiều dài nhịp tính tốn: Ltt = 24400mm Chiều cao dầm thép: h = 1600mm Chiều rộng cánh dầm: bc = 300mm Bề dày cánh dầm: tc = 25mm Chiều dày sườn dầm: tw = 18mm Chiều rộng cánh dầm: bf = 400mm THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM Bề dày cánh dầm: tf = 25mm Chiều rộng phủ: bf1 = 500mm Bề dày phủ: tf1 = 25mm Chiều cao sườn dầm: d = 1600 – 25 – 25 – 25 = 1525mm Phần bê tông cốt thép: Bản làm bê tơng mác 30 có: fc ' Chiều dày bê tông: ts = 200mm Khoảng cách trục dầm chủ: S = 2100mm Chiều cao đoạn vút bê tơng: hv = 100mm Góc nghiêng phần vút: α = 45 Bề rộng hẫng = 1050mm o Lưới sử dụng thép có gờ12, khoảng cách thanh: a = 200mm Trọng lượng riêng bê tông: II.2 Xác định đặc trưng hình học tiết diện dầm thép: Diện tích mặt cắt ngang dầm : As = bc tc + dt w + bf tf + bf1 tf1 = 30025 + 152518 + 40025 + 50025 = 57450mm2 Chọn trục X – X qua đáy dầm hình vẽ THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM TTH X X Mô men tĩnh dầm trục X – X: S = A Y =b t X-X  i i c c = 30025(1600 = 34740625mm3 Khoảng cách từ đáy dầm đến trục trung hoà: y td Khoảng cách từ mép dầm thép đến trục trung hoà: y =h-y = 1600 - 604.71 = 995.29mm tt td Mơ men qn tính trục trung hoà dầm thép: I =(Ii 12 + xi2 Ai ) = t3 b f1 +b f1 II.3 Xác định đặc trưng hình học tiết diện dầm liên hợp: Tỉ số mô đun thép bê tơng: Bản bê tơng có fc' = 30MPa , theo điều 6.10.3.1.1b ta có: n =8 Xác đinh bề rộng có hiệu cánh: Theo điều 4.6.2.6 chiều rộng có hiệu bê tơng dầm tác dụng liên hợp xác định sau: f1 THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM L b  = 12t e    be = 2100mm S = 2100mm II.3.1 Tiết diện liên hợp ngắn hạn: Diện tích mặt cắt ngang dầm: Diện tích phần dầm thép: As = 57450mm 22  3.14 122 Diện tích phần cốt thép dọc bản: Act =   = 2486.88 mm Trong 22 số thép phạm vi be Diện tích phần bê tơng quy đổi thành thép: = 57500 mm2 A bt Vậy diện tích mặt cắt ngang dầm: Ac = 57450 + 2486.88 + 57500 = 117436.88mm Mô men tĩnh dầm trục trung hoà tiết diện nguyên dầm thép:  be S ts ytt =  0-0 Khoảng cách từ trục trung hoà tiết diện nguyên dầm thép đến trục trung hoà tiết diện liên hợp ngắn hạn: C= K/c từ trục trung hoà tiết diện liên hợp ngắn hạn đến mép dầm thép: yttc = ytt - c = 995.29 - 579 = 416.29 K/c từ trục trung hoà tiết diện liên hợp ngắn hạn đến mép dầm thép: y =h-y tdc K/c từ trục trung hoà tiết diện liên hợp ngắn hạn đến mép bê tơng: y =y btc Mơ men qn tính tiết diện liên hợp ngắn hạn: ttc I c2 + A =I+A c s  h4 v   n  THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 36 + ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM V.1.3.Tính tốn chịu uốn dầm TTGH sử dụng : di ện tíc h cá p bó th ứ k V.1.3.1.Giới hạn ứng suất bêtông: - Ưng suất nén cho phép bêtông: 0,45.fc' 0,45.40 18MPa - Ưng suất kéo cho phép bêtơng: V.1.3.2.Kiểm tốn mặt cắt k : V.1.3.2.1.Mặt cắt O: góc lệch bó cáp thứ k Ta có thơng số tính tốn Diện tích tiết diện A o I o I Khoảng cách trục trung hoà đến mép dầm y Độ lệch tâm e cáp so với trục trung hoà e  65.56mm Momen tiết diện theo TTGH sử dụng s M g Lực căng cáp P i Trong đó: f Ai p sk f PT ứng suất truyền lực gây f : tổng mát ứng suất dầm f M y d2 THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM Vậy :  Aps k cosk  100,112 (0.9998 0.9998 0.9962 0.9945)  4793 15mm f f p p i P f i - Kiểm tra thớ dầm: Khi khai thác dầm bị nứt ứng suất nén thớ chịu nén phía dầm vượt khả chịu nén cho phép f  o  M yt  s DC  I 4509595.874   3.95055MPa 4509595.874 65.56 684,44 Điều kiện: - Kiểm tra thớ dưới: Khi dầm chịu tải thớ chịu kéo Do ứng suất kéo phải khơng vượt ngưỡng cho phép Pf  fd Ao Pf ei  Io 4509595.874  812550  7.1052MPa f  3,162MPa V.1.3.2.2.Lập bảng tính tốn kiểm tra mặt cắt: MẶT CẮT fpi cos A  ps k Pi A0 I0 I2 e Mg MDC2 MDC3 THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT MDW MLL yd0 yt0 yd2 yt2 ft fd KIỂM TRA Qua bảng kết ta thấy thớ thớ mặt cắt nằm giới hạn cho phép dầm đảm bảo điều kiện chịu uốn trạng thái giới hạn sử dụng V.1.5.Tính tốn chịu uốn dầm trạng thái giới hạn cường độ: Điều kiện kiểm tra: .M Trong M M n : sức kháng uốn danh định tiết diện kiểm tra u : Lực cắt uốn tiết diện kiểm tra  : hệ số sức kháng Sức kháng uốn danh định tức khả chịu lực uốn tiết diện xác định theo công thức sau: - Ta kiểm tra tiết diện IV Ta tìm A M n Trong đó: a: chiều cao khối ứng suất chịu nén tương đương a 1.c c:chiều cao thớ chịu nén    ' Vì 28 fc  56 ta tính1 theo cơng thức sau THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM Ta tìm c Trong đó: Aps : diện tích cốt thép DƯL tiết diện fpu: cường độ kéo đứt thép DƯL dps: khoảng cách từ mép dầm đến trọng tâm cáp h Vì tiết diện chữ I liên hợp ta phải qui tiết diện tương ứng có chiều cao cánh chịu nén: h ' bf :chiều rộng cánh chịu nén  b n '  b f 0,866 200 2100 600 200120 200 bw :bề rộng sườn bw =200mm f : cường độ chịu nén bêtông fc' =40MPa k: hệ số chiều dài hữu hịêu cấu kiện chịu nén   k 1,04   f py 0,85 f pu THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT k  Nhận xét: c < nén với kích thước bf Ta tính lại c với tiết diện 0,85 40 0,764976.38 Vậy: a 1 c 0,764 320.838 245.12mm   f  f pu ps   A M n f ps ps .M n = 0.910.089109= 9.0801109Nmm Tại tiết diện mặt cắt IV: < M .M n Vậy thoả điều kiện khả chịu uốn Nhận xét: tiết diện mặt cắt cịn lại có nhịp (mặt cắt IV ) ln thoả điều kiện khả chịu uốn ta không cần kiểm tra V.3.Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa: Điều kiện THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT c GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM  0,42 dp s - Ta tiến hành kiểm tra mặt cắt nhịp: Theo tính tốn ta có: Chiều cao vùng chịu nén c  320.838mm dp s khoảng cách từ mép dầm đến trọng tâm cáp  h t d ps Vậy: c  d ps Thoả điều kiện cốt thép tối đa - Kiểm tra mặt cắt lại ta làm tương tự trên: MẶT CẮT Aps fpu b’f bw h’f dps c T/LẠI c c/dps Mn KẾT QUẢ THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM CHƯƠNG IV: SO SÁNH LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN Để lựa chọn phương án tốt mặt kinh tế kỹ thuật ta phải tiến hành so sánh phương án nêu dựa tiêu sau đây: - Chỉ tiêu kinh tế - Chỉ tiêu kỹ thuật - Chỉ tiêu khả khai thác - Chỉ tiêu thi công - Chỉ tiêu công tác khôi phục sữa chữa - Chỉ tiêu mặc mỹ quan Sau ta so sánh cụ thể phương án dựa tiêu vừa nêu I So sánh theo tiêu kinh tế: Ta so sánh dựa sở sử dụng vật liệu giá thành vật liệu I.1 Phương án cầu thép liên hợp BTCT: Phương án sử dụng chủ yếu vật liệu thép (thép hình) vật liệu bê tơng So với vật liệu bê tơng vật liệu thép có ưu điểm sau: - Chịu kéo nén tốt - Trọng lượng thân nhỏ vượt độ lớn - Thời gian thi cơng nhanh sản xuất định hình cơng xưởng Tuy nhiên so với vật liệu bê tơng thép có số nhược điểm sau - Giá thành vật liệu cao - Trong sử dụng dễ bị gỉ sét hao mòn tiết diện lớn địi hỏi chi phí bảo dưỡng cao - Không tận dụng vật liệu địa phương I.2 Phương án cầu BTCT nhịp giãn đơn chữ I căng sau: Phương án chủ yếu sử dụng vật liệu bê tông Do sử dụng vật liệu bê tông nên phương án có ưu nhược điểm vật liệu sau: - Có khả chịu lực lớn - Giá thành rẻ sử dụng vật liệu địa phương vật liệu phổ biến - Dễ thi cơng dễ định hình thi cơng - Bền theo thời gian dó tu bảo dưỡng - Hệ số xung kích nhỏ THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM - Độ giãn nở nhiệt nhỏ Tuy nhiên so với vật liệu thép có số nhược điểm sau - Dễ xuất vết nứt khả chịu kéo - Tĩnh tải lớn - Vận chuyển lắp ráp khó khăn - Thời gian thi công lâu II Chỉ tiêu kỹ thuật: II.1 Phương án cầu thép liên hợp BTCT: Sơ đồ làm việc dạng tĩnh định thép chủ yếu chịu lực dọc trục Liên kết mối hàn phức tạp dễ bị hư hỏng bị gỉ q trình khai thác Do phương án xét mặt kỹ thuật sử dụng vật liệu hợp lý I.2 Phương án cầu BTCT nhịp giãn đơn chữ I căng sau: Sơ đồ kết cấu nhịp dạng tĩnh định q trình khai thác xuất ứng suất phụ co ngót – từ biến chênh lệch nhiệt độ không xuất ứng suất trường hợp có chuyển vị gối lún Hơn nội lực lớn tập trung mặt cắt đỉnh trụ dễ dàng cho việc thiết kế tính tốn sử dụng vật liệu III Chỉ tiêu khả khai thác: III.1 Phương án cầu thép liên hợp BTCT: - Do sử dọng vật liệu thép nên trình sử dụng có chi phí bảo dưỡng cao phương án cầu BTCT dự ứng lực III.2 Phương án cầu BTCT nhịp giãn đơn chữ I căng sau: - Dùng vật liệu bê tông cốt thép dự ứng lực dạng vĩnh cửu nên thời gian sử dụng lâu dài IV Chỉ tiêu mặc thi công: IV.1 Phương án cầu thép liên hợp BTCT: - Các phận kết cấu thép gia công công xưởng nên đảm bảo tính xác chi tiết Việc thi cơng tiến hành đồng thời kết cấu nhịp mố trụ nên rút ngắn thời gian thi công so với phương án cầu BTCT dự ứng lực IV.2 Phương án cầu BTCT nhịp giãn đơn chữ I căng sau: THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KTXD CTGT GVHD: TS NGUYỄN TRỌNG TÂM -Do phần dầm định hình nên sản xuất sẵn cơng trường rút ngắn thời gian thi cơng tận dụng đà giáo ván khuôn nên giảm chi phí thi cơng thời gian thi cơng V Chỉ tiêu mặc khôi phục sữa chữa: V.1 Phương án cầu thép liên hợp BTCT: - Do dùng vật liệu thép nên dễ dàng tăng cường tiết diện có yêu cầu nâng cấp tăng cường sữa chữa gặp cố - Phương án có chi phí bảo dưỡng cao phương án cịn lại phải thường xuyên phải sơn lại tiết diện để tránh hao mòn V.2 Phương án cầu BTCT nhịp giãn đơn chữ I căng sau: - Do kết cấu BTCT nên tu sữa chữa - Khó tăng cường tiết diện cầu VI Chỉ tiêu mặc mỹ quan: VI.1 Phương án cầu thép liên hợp BTCT: - Do dùng vật liệu thép nên khó tạo dáng cầu phù hợp với yêu cầu kiến trúc khu vực xây dựng cơng trình VI.2 Phương án cầu BTCT nhịp giãn đơn chữ I căng sau: - Do dùng vật liệu bê tông cốt thép nên dễ tạo dáng cầu phù hợp với yêu cầu kiến trúc khu vực xây dựng cơng trình Qua phân tích phương án em định chọn phương án cầu BTCT nhịp giãn đơn chữ I căng sau làm phương án thiết kế THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL – SVTH: TRẦN PHẠM DUY NGHĨA 71 ... ? ?18 8800000 .1, 25.0, 4 61? ?? 911 40000.0, 414  4 410 0000.0, 786  18 119 0560KGmm ? ?1? ?? IM.m g LL Trạng thái giới hạn cường độ ug M  1, 75.M LLIM  0,95.? ?1, 75 .18 8800000 .1, 25.0, 4 61? ??? ?1, ...   M ? ?1? ?? IM.m g LL Trạng thái giới hạn cường độ ug M  1, 75.M LLIM   0,95.? ?1, 75 .18 8800000 .1, 25.0,5 61? ??? ?1, 75. 911 40000.0,5 61? ??? ?1, 75.4 410 0000.0,5 61? ??  3462 416 25, 5KGmm Dầm biên:... hợp : M  14 5 y2 35 y3  14 5.4.32 35.2.7) .10 5 18 1275KGm = (14 5.5.975 Trường hợp M tr1 14 5 y1? ?14 5 y2 35 y3 (14 5.5.975? ?14 5.4.32 35.4,32) .10 5 18 8800KGm Vậy M ) 18 8800000KGm