Luận văn Cầu bê tông cốt thép dự ứng lực dầm I căng trước

Luận văn Cầu bê tông cốt thép dự ứng lực dầm I căng trước Luận văn trình bày cách thiết kế, công thức tính toán cho phương án xây dựng cầu theo tiêu chuẩn...

PHẦN 1: THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 1 CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC DẦM I CĂNG TRƯỚC (Thiết kế theo Quy Trình 22 TCN 272-05) SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 8 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1. Các số liệu thiết kế: - Loại dầm chữ I căng trước. - Bề rộng xe chạy: 3x3.5 = 10.5m - Bề rộng lề bộ hành: 2x1.5m - Khổ cầu: 3x3.5+2x1.5+2x0.25=14m - Chiều dài nhịp tính toán dầm chính: L = 34 m. - Số dầm chính: 8 dầm. - Khoảng cách 2 dầm chính: 1.75 m. - Số dầm ngang: 6 dầm. - Khoảng cch 2 dầm ngang: 6.8 m - Khoảng cách 2 trụ lan can: 2m. 2. Phương pháp thiết kế: - Bản mặt cầu tính theo sơ đồ bản hẫng và sơ đồ bản kiểu dầm liên tục kê trên các dầm chủ. - Dầm ngang: Tính như dầm ngang liên tục có gối là các dầm chính. - Dầm chính: Tính như dầm giản đơn. Tiết diện dầm không thay đổi, khoảng cách giữa 2 dầm chính là: 1.75 m. Có tất cả 8 dầm chính (2 dầm biên, 6 dầm giữa) - Kiểm toán. 3. Vật liệu dùng trong thi công: - Thanh và cột lan can (phần thép): Thép CT3: y f MPa= 240 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Lề bộ hành, lan can: Bêtông: ' c f 30 MPa= -5 3 c 2.5 10 N/ mmγ = × Thép AII: y f 280 MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Dầm chính, dầm ngang: Bê tông: = ' c f 50 MPa 5 3 c 2.5 10 N/ mm − γ = × Thép AII: y f 280 MPa= 5 3 s 7.85 10 N/ mm − γ = × - Cáp D.Ư.L đường kính danh định 12.7 mm có: = 2 ps A 98,71 mm SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 9 = pu f 1860 MPa 4. Sơ bộ chọn kích thước cơ bản mặt cắt ngang cầu: 250 300 35070 1500 10500 14000 200 850 875 1750 1750 1750 1750 1750 1750 8751750 SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 10 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ LAN CAN – LỀ BỘ HÀNH 1. LAN CAN: 1.1. Thanh lan can - Chọn thanh lan can thép ống đường kính ngoài D =100 mm và kính trong d = 92 mm - Khoảng cách 2 cột lan can là: L = 2000 mm - Khối lượng riêng thép lan can: 5 3 s 7.85 10 N / mm − γ = × - Thép cacbon số hiệu CT3: y f = 240 MPa .1.1.1. Tải trọng tác dụng lên thanh lan can 190 W = 0.37 N/mm P = 890 N g = 0.095 N/mm W = 0.37 N/mm P = 890 N 2000 2000 Hình 2.1. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can  Theo phương thẳng đứng (y): + Tĩnh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can 2 2 2 2 -5 D -d 100 -92 g 7.85 10 3.14 0.095 N/ mm 4 4 = γ π = × × × = + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm Tải tập trung: P = 890 N  - Theo phương ngang (x): + Hoạt tải: Tải phân bố: w = 0.37 N/mm Tải tập trung: P = 890 N 1.1.2. Nội lực của thanh lan can  Theo phương y: - Mômen do tĩnh tải tại mặt cắt giữa nhịp: SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 11 2 2 y g g L 0.095 2000 M 47500 N.mm 8 8 × × = = = - Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp: + Tải phân bố: 2 2 y w w L 0.37 2000 M 185000 N.mm 8 8 × × = = = + Tải tập trung: y P P L 890 2000 M 445000 N.mm 4 4 × × = = =  Theo phương x: - Mômen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp: + Tải phân bố: 2 2 x w w L 0.37 2000 M 185000 N.mm 8 8 × × = = = + Tải tập trung: x P P L 890 2000 M 445000 N.mm 4 4 × × = = = * Tổ hợp nội lực tác dụng lên thanh lan can: [ ] [ ] 2 2 y y y x x LLDC g LL w P w P M . . .M ( .M M ) M M = η + γ γ + γ + + - Trong đó: + η : là hệ số điều chỉnh tải trọng: D I R . . η = η η η Với: η = D 0.95 : hệ số dẻo η = I 0.95 : hệ số quan trọng η = R 1.05 : hệ số dư thừa ⇒ η = × × =0.95 0.95 1.05 0.95 + DC 1.25 γ = : hệ số tải trọng cho tĩnh tải + LL 1.75 γ = : hệ số tải trọng cho hoạt tải [ ] [ ] 2 2 M 0.95 1.25 47500 1.75 (185000+445000) 1.75 (185000+445000) 1521620 N.mm ⇒ = × + × + × × = 1.1.3. Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh lan can n .M M φ ≥ Trong đó: + φ : là hệ số sức kháng: φ = 1 + M: là mômen lớn nhất do tĩnh và hoạt tải + M n : sức kháng của tiết diện n y M f S = × S là mômen kháng uốn của tiết diện 3 3 3 3 3 3.14 S .(D d ) (100 92 ) 21716 mm 32 32 π = − = × − = n M 240 21716 = 5211840 N.mm ⇒ = × SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 12 n .M 1 5211840 = 5211840 N.mm 1521620 N.mm φ = × ≥ Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chịu lực 1.2. Cột lan can Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan (hình 2.2) P =1593 N P =1593 N 70350300 720 720 190 300 350 70 81738 Hình 2.2. Sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can Để đơn giản tính toán ta chỉ kiểm tra khả năng chịu lực lực xô ngang vào cột và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân  Kiểm tra khả năng chịu lực của cột lan can: - Kích thước: 1 2 h 650 mm; h 350 mm; h 300 mm = = = - Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải) + Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền vào cột 1 lực tập trung: P’= w.L = 0.37 x 2000 = 740 N + Lực tập trung: P = 890 N + Suy ra lực tập trung vào cột là: P'' P' P 740+890 = 1630 N = + = - Ta kiểm toán tại mặt cắt A-A: Y X A-A 130 61861 190 8 8 174 Hình 2.3. Mặt cắt A-A SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 13 - Mômen tại mặt cắt A-A: − = × + × = × + × = A A 2 M P'' h P'' h 1630 650 1630 300 1548500 N.mm - Mặt cắt A-A đảm bảo khả năng chịu lực khi: − φ ≥ η γ n LL A A M . .M - Sức kháng của tiết diện: n y M f S φ = × + S mômen kháng uốn của tiết diện ×   × × + + × ×  ÷   = = = 3 3 2 3 8 174 130 8 2 91 130 8 I 12 12 S 218395.68 N/ mm Y 95 ⇒ φ = × = × n y .M f S 240 218395.68 = 52414962.53 N.mm - Vậy φ = ≥ = n M 52414962.53 M 1548500 N/ mm ⇒ Mặt cắt A – A đảm bảo khả năng chịu lực  Kiểm tra độ mảnh của cột lan can: K. 140 r ≤ l Trong đó: + K = 0.75: hệ số chiều dài hữu hiệu + 1070 mm = l : chiều dài không được giằng ( h = l ) + r : bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại mặt cắt B - B vì tiết diện ở nay là nhỏ nhất) Y X B-B 130 61861 190 8 8 174 I r A = Với: I : mômen quán tính của tiết diện: ( ) × × = × + = + × × 3 3 4 2 8 124 130 8 I 2 10342656 mm 66 130 8 12 12 A : diện tích tiết diện: 2 A 130 8 2 124 8 3072 mm= × × + × = 10342656 r 58 mm 3072 ⇒ = = K. 0.75 1070 13.8 140 r 58 × ⇒ = = ≤ l . Vậy thỏa mãn điều kiện độ mảnh SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 14 .2. LỀ BỘ HÀNH 2.2.1. Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành gồm:  Xét trên 1000 mm dài - Hoạt tải người: PL = 0.003 x 1000 = 3 N/mm - Tĩnh tải: DC = 1000 x 100 x 0.25 x 10 -4 = 2.5 N/mm 300 350 70 1500 1370 720650 350100200 1750 2001300250 Hình 2.5. Sơ đồ tính nội lực lề bộ hành 2.2. Tính nội lực - Mômen tại mặt cắt giữa nhịp: + Do tĩnh tải: × = = = 2 2 DC DC.L 2.5 1500 M 703125 N.mm 8 8 + Do hoạt tải: × = = = 2 2 PL PL.L 3 1500 M 843750 N.mm 8 8 - Trạng thái giới hạn cường độ: [ ] = η γ × + γ × = × × + × = U DC DC PL PL M . M M 0.95 (1.25 843750 1.75 703125) 2237695.3125 N.mm - Trạng thái giới hạn sử dụng: [ ] = + = + = S DC PL M M M 703125 843750 1546875 N.mm 2.3. Tính cốt thép: ( Xét cho lề bộ hành) - Tiết diện chịu lực b x h = 1000 mm x 100 mm - Chọn a’ = 20 mm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép ngoài bê tông: - d s = h – a’ = 100 – 20 = 80 mm - Xác định chiều cao vùng nén a: × × = − − = − − = φ× × × × × × 2 2 2 u s s ' c 2 M 2 2237695.3125 a d d 80 80 1.2282 mm 0.85 f b 0.9 0.85 30 1000 - Bản lề bộ hành có 28 MPa< f' c = 30 Mpa < 56 Mpa ⇒ ' 1 c 0.05 0.05 0.85 .(f 28) 0.85 (30 28) 0.836 7 7 β = − − = − × − = - Xác định khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà c: SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 15 = = = β 1 a 1.2282 c 1.4697 mm 0.8357 - Xác định trường hợp phá hoại cho bài toán cốt đơn: = = < s c 1.4697 0.0184 0.45 d 80 ⇒ bài toán thuộc trường hợp phá hoại dẻo - Xác định diện tích cốt thép: × × × × × × = = = ' 2 c S y 0.85 f a b 0.85 30 1.2282 1000 A 111.8554 mm f 280 - Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: c 2 s y f ' 30 A 0.03 b.h. 0.03 1000 100 321.43 mm f 280 ≥ × = × × × = - Chọn 10a200φ ⇒ 1000 mm có 5 thanh thép (diện tích A s = 392.5 mm 2 ) và theo phương dọc lề bộ hành bố trí 10a200φ 5Ø10a250 4 100 75 150250250250150 1300 25 250 Hình 2.6. Bố trí cốt thép trên lề bộ hành 2.4. Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm tra nứt) - Tiết diện kiểm toán: Tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 mm x 100 mm - Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gần nhất: c d a' 20 mm = = < 50 mm - Diện tích của vùng bê tông bọc quanh 1 nhóm thép: 2 c c A 2 d b 2 20 1000 40000 mm = × × = × × = - Diện tích trung bình của bê tông bọc quanh 1 thanh thép: c 2 A 40000 A 8000 mm n 5 = = = - Mômen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện: = s M 1546875 N.mm - Khối lượng riêng của bêtông: 3 c 2500 Kg/ m γ = - Môđun đàn hồi của bêtông: 1.5 c c c E 0.043 f ' = × γ × = × × = 1.5 0.043 2500 30 29440.0875 MPa - Môđun đàn hồi của thép: s E 200000 MPa = - Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: = = = s c E 200000 n 6.7935 E 299440.0875 - Chiều cao vùng nén của bêtông khi tiết diện nứt: SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 16   × × = × × + −  ÷  ÷ ×     × × = × × + − =  ÷  ÷ ×   s s s A 2 d b x n 1 2 b n A 392.5 2 80 1000 6.7935 1 2 15.4935 mm 1000 6.7935 392.5 -Mômen quán tính của tiết diện bê tông khi đã nứt: × = + × × − × = + × × − = 3 2 cr s s 3 2 4 b x I n A (d x) 3 1000 15.4935 6.7935 392.5 (80 15.4935) 12334987.66 mm 3 -Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra: ( ) ( ) = × − × = × − × = s s s cr M 1546875 f d x n 80 15.4935 6.7935 54.95 MPa I 12334987.66 - Khí hậu khắc nghiệt: Z 23000 N/ mm = - Ứng suất cho phép trong cốt thép: sa 3 3 c Z 23000 f 423.66 MPa d A 20 8000 = = = × × -So sánh: sa y f 423.66 MPa 0.6 f 0.6 280 168 MPa = > × = × = chọn y f 168 MPa = để kiểm tra: = < s f 54.955 MPa 168 MPa . Vậy thoả mãn điều kiện về nứt 3. BÓ VĨA - Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như: hình 2.7 và hình 2.8 - Ta tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của bó vỉa dạng tường như sau: + Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo + Chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải Lực tác dụng vào lan can Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác dụng(mm) Phương mằm ngang Ft = 240 Lt = 1070 Phương thẳng đứng F V = 80 L V = 5500 Phương dọc cầu F L = 80 L L = 1070 + Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng W t R F ≥ SVTH: NGUYỄN THỊ GÁI Trang 17 [...]... kiện cốt thép nhỏ nhất 3.2 Xác định M W H - M W H : Là sức kháng mơmen trên tồn chiều cao tường đ i v i trục ứng: - Tiết diện tính tốn b x h = 300 mm x 200 mm và bố trí cốt thép (hình 2.8) c= 300 2Ø14 160 40 200 Hình 2.8 Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu - Cốt thép dùng 2 φ14 mm - Tính tốn v i b i tốn cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên r i bên còn l i bố trí tương tự - Diện tích cốt thép. .. NGUYỄN THỊ G I Trang 29 5 TÍNH TỐN CỐT THÉP DỌC Ta sẽ thiết kế cốt thép tương ứng v i các giá trị n i lực ở TTGH cường độ vừa tính ở trên: 5.1 Thiết kế cho phần bản chịu mơmen âm Thiết kế cốt thép cho 1000 mm chiều d i bản mặt cầu, khi đó giá trị n i lực trong 1000 mm bản mặt cầu như sau: - Mơmen âm: M u = Mtt = −28315200.55 N.mm - Chiều rộng tiết diện tính tốn: b = 1000 mm - Chiều cao tiết diện tính tốn:... chiều d i đường chảy L t : chiều d i phân bố của lực theo phương dọc cầu Ft : lực xơ ngang quy định ở bảng 2.1 3.1 Xác định M c : (Tính trên 1000 mm d i) - Tiết diện tính tốn b x h = 1000 mm x 100 mm và bố trí cốt thép (hình 2.7) 100 200 200 200 200 100 5Ø14a200 Hình 2.7 Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa the phương ứng - Cốt thép dùng φ14a200 mm, 1000 mm d i có 5 thanh - Tính tốn v i b i tốn cốt. .. Vật liệu: −5 Bêtơng : Trọng lượng riêng bêtơng γ c = 2.5.10 N / m 2 SƠ ĐỒ TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU 200 - Bản mặt cầu sẽ được tính tốn theo 2 sơ đồ: Bản congxon và bản lo i dầm Trong đó phần bản lo i dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính tốn dầm đơn giản xong ph i nhân v i hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu 875 1750 875 1750 1750 1750 Hình 3.1 Sơ đồ tính bản mặt cầu. .. có t i của ngư i i bộ truyền xuống (hoạt t i này được chia đ i bó vỉa nhận một nửa và lan can phần bê tơng chịu một nửa, là lực tập trung t i đầu bản congxon) SVTH: NGUYỄN THỊ G I Trang 24 PL × 1000 × b 3 × 10 −3 × 1000 × 1500 = = 2250 N 2 2 (b =1500 mm: bề rộng phần lề bộ hành) PPL = 4 TÍNH N I LỰC CHO BẢN DẦM GIỮA 4.1 Tĩnh t i và n i lực do tĩnh t i tác dụng lên bản dầm 4.1.1 Tĩnh t i - Cũng giống... N.mm - Sức kháng uốn cốt thép ngang trên tồn bộ chiều cao bó vỉa: M w H = M n = 13300638.92 N.mm - Kiểm tra lượng cốt thép t i thiểu: f' 30 A s ≥ 0.03 × b.h c = 0.03 × 300 × 200 × = 192.82 mm 2 fy 280 Vậy thoả mản i u kiện cốt thép nhỏ nhất 3.3 Chiều d i đường chảy (L c ) Chiều cao bó vỉa: H=300 mm, vì khơng bố trí dầm đỉnh nên M b = 0  V i trường hợp xe va vào giữa tường: - Chiều d i đường chảy: 2 L...  + T i giữa nhịp:  DC + DW Ms LL × 1000  Ms = 0.5 ×  Ms +  SW +   60711669 × 1000   = 0.5 × 2272967.5 +  = 12628966.6 N.mm 1622.5   Nhận xét: V i sơ đồ tính ( dầm giản đơn) và trường hợp đặt 1 bánh xe của xe 3 trục t i vị trí giữa dầm thì n i lực giữa nhịp trong dầm là lớn nhất Vậy chọn trường hợp này và lấy n i lực để tinh tốn Vị trí Giá trị momen TT GH Cường độ TT GH sử dụng 1 G i -28315200.55... * Trạng th i gi i hạn cường độ: η = 0.95 ; γ LL = 1.75 ; IM = 0.25  76.32 ×1750 2  M u LL = 0.95 × 1.75 × ( 1 + 0.25 ) × 1×  = 60711669.92 N.mm 8   * Trạng th i gi i hạn sử dụng: η = 1 ; γ LL = 1 ; IM = 0.25  76.32 ×1750 2  Ms = 1× ( 1 + 0.25 ) ×1 ×  = 36518297.7 N.mm 8   Giá trị mơmen t i giữa nhịp do tĩnh t i và hoạt t i gây ra có xét đến tính liên tục của bản mặt cầu (v i d i tính tốn... THỊ G I Trang 30 5.2 Thiết kế cho phần bản chịu mơmen âm Q trình tính tốn tương tự như trên, ta được kết quả là bố trí thép Ơ14a200 BỐ TRÍ THÉP BẢN MẶT CẦU TL 1/10 5Ø14a200 1 Ø12a200 2 5Ø14a200 1 Sơ đồ : cách bố trí thép cho bản mặt cầu 6 KIỂM TRA NỨT CHO BẢN MẶT CẦU Ta sẽ kiểm tra nứt của bản mặt cầu bằng trạng th i gi i hạn sử dụng + Mơmen do ngo i lực tác dụng: Ms = 17347864.3 N.mm - Các giá trị... 4.1.1 Tĩnh t i - Cũng giống như trường hợp bản dầm cạnh dầm biên nhưng đ i v i bản dầm giữa thì sẽ khơng có t i trọng bó vỉa và t i trọng lớp phủ mặt cầu sẽ phân bố đầy dầm - Trọng lượng bản thân: DC2 = 1000 × h f × γ c = 1000 × 200 × 2.5 × 10 −5 = 5 N / mm - Trọng lượng lớp phủ mặt cầu: + Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu: h DW = 95 mm −5 3 + Kh i lượng riêng lớp phủ: γ c = 2.3 × 10 N / mm 200 70 DW = . PHẦN 1: THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN 1 CẦU BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC DẦM I CĂNG TRƯỚC (Thiết kế theo Quy Trình 22 TCN 272-05) SVTH: NGUYỄN THỊ G I Trang 8. trí cốt thép theo phương dọc cầu - Cốt thép dùng 2 14 φ mm - Tính toán v i b i toán cốt đơn, tính cốt thép cho1 bên r i bên còn l i bố trí tương tự. - Diện