Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép Thiết kế môn học cầu BTCT Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế 1 cầu Bê tông cốt thép DƯL 1. Các số liệu cho trớc: - Dầm T, chiều dài toàn dầm L=28 m, kết cấu kéo sau. - Khổ cầu K7+2 x1,5m > W=7+2x1,5+2x0.25+2x0.25=11m. - Tải trọng thiết kế: HL93, Ngời đi bộ 3KN/m - Tao cáp DƯL:12,7mm. 2. Tiêu chuẩn thiết kế: - Quy trình thiết kế : 22TCN 272 - 01 Bộ Giao thông vận tải. - Tải trọng thiết kế: HL93 , đoàn Ngời đi bộ. 3. Vật liệu sử dụng: -Thép DƯL: .Cờng độ quy định của thép ứng suất trớc f pu =1860 Mpa .Giới hạn chảy của thép ứng suất trớc f py =0,85. f pu =1581Mpa .ứng suất cho phép khi kích f pj =0,7. f pu =1302Mpa .Cờng độ tính toán khi chế tạo R d1 =13280 Kg/cm 2 .Cờng độ tính toán khi sử dụng R d2 =12800 Kg/cm 2 .Môđun đàn hồi E t =197000Mpa -Vật liệu bêtông: .Cờng độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày fc= 45 Mpa. .Cờng độ chịu nén của bêtông khi tạo ứng suất trớc fci=0,9.fc=40,5 Ma. .Môđun đàn hồi của bêtông Ec=4800 Mpafc 34.32199' = .Cờng độ chịu kéo khi uốn f r =0.63 Mpafc 23.4' = 4. Yêu cầu: - Nội dung bản thuyết minh đầy đủ rõ ràng - Bản vẽ thể hiện mặt chính dầm, mặt cắt ngang, bố trí cốt thép ( Bản vẽ trên giấy A1) Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 1 Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép Phần 1: Nội dung thuyết minh 1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ. 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu Tổng chiều dài toàn dầm là 28 mét, để hai đầu dầm mỗi bên 0,4 mét để kê gối. Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 27,2 mét. Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ T chế tạo bằng bêtông có f c =40MPa. Lớp phủ mặt cầu gồm có 2 lớp: lớp phòng nớc có chiều dày 0,4cm,, lớp bêtông Asphalt trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp tạo dốc dày 10 cm. Mặt cắt ngang giữa nhịp Ngời đi bộ Lan can Dầm ngang Dầm chủ Mối nối Phần xe chạy 250 250 7000 200 1700 200 250 1500 500 500 250 1300 1500 2300 2300 2300 2300 900 200 800 Khoảng cách giữa các dầm chủ S=2300 mm Giữa phần xe chạy và lề ngời đi phân cách bằng giải phân cách cứng kích thớc theo phơng ngang cầu là 25 cm 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. Dầm chủ có tiết diện hình chữ T với các kích thớc sau: - Chiều dày bản: ts=20 cm - Chiều cao toàn dầm: H=130cm - Chiều rộng bầu dầm: b b =60cm - Chiều cao bầu dầm: h b =40cm - Chiều dày bụng: b w =20cm - Chiều rộng bản cánh: b 1 =180cm - Rộng vát cánh trên: 20cm - Cao vát cánh trên: 20cm - Rộng vát bầu: 20cm - Cao vát bầu: 20cm Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 2 Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép Các kích thớc khác nh hình vẽ: 1800 600 400 600 200 200 200 200 200 1300 200 Tại gối thì mở rộng sờn dầm ra hết bầu dầm để bố trí neo dự ứng lực 2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) Yêu cầu: h min =0,045.L Trong đó ta có: L: Chiều dài nhịp tính toán L=27200mm h min : chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu, suy ra: h min =0,045.L=0,045.25200=1134mm< h min =1300mm=> Thỏa mãn 3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6) 3.1 Đối với dầm giữa Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của + 1/4 chiều dài nhịp (= 6800 4 27200 = mm) + 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng dầm hoặc 1/2 bề rộng bản cánh trên của dầm =12.150+max 2/1900 200 = 2750mm + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (S= 2300) ->bi=2300mm Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 3 Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép 3.2 Đối với dầm biên Bề rộng cánh dầm hữu hiệu có thể đợc lấy bằng 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm kề trong(2300/2=1150) cộng trị số nhỏ nhất của + 1/8 chiều dài nhịp hữu hiệu(= 3400 8 27200 = mm) + 6 lần chiều dày trung bình của bản cộng với số lớn hơn giữa 1/2 độ dày bản bụng hoặc 1/4 bề rộng bản cánh trên của dầm chính =6.150+max 4/1900 2/200 =1375 mm + Bề rộng phần hẫng( =900 mm) ->be=900+1150=2050 mm Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu Bảng 3 Dầm giữa (bi) 2300 mm Dầm biên (be) 2050 mm 4.Tính toán bản mặt cầu : 4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng theo Điều 4.6.2(AASHTO98). Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các gối đàn hồi là các dầm chủ. 4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu Theo Điều (A.4.6.2.1) : Khi áp dụng theo phơng pháp giải phải lấy mô men dơng cực trị để đặt tải cho tất cả các vùng có mô men dơng, tơng tự đối với mô men âm do đó ta chỉ cần xác định nội lực lớn nhất của sơ đồ. Trong dầm liên tục nội lực lớn nhất tại gối và giữa nhịp. Do sơ đồ tính là dầm liên tục 3 nhịp đối xứng, vị trí tính toán nội lực là: a, b, c, d, e nh hính vẽ. Theo Điều (A.4.6.2.1.6): Các dải phải đợc coi nh các dầm liên tục hoặc dầm giản đơn. chiều dài nhịp phải đợc lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện đỡ. Nhằm xác định hiệu ứng lực trong các dải , các cấu kiện đỡ phải đợc giả thiết là cứng vô hạn . Các tải trọng bánh xe có thể đợc mô hình hoá nh tải trọng tập trung hoặc nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc đợc chỉ trong điều (A.3.6.1.2.5) cộng với chiều cao của bản mặt cầu, ở đồ án này coi các tải trọng bánh xe nh tải trọng tập trung. Chọn kích thớc của bản mặt cầu ở phía trong: +Nhịp tính toán của bản lấy từ hai mép của thân dầm: 2300-200=2100 mm +Chiều dày của bản mặt cầu : h=200 mm Đối với phần hẫng ở phía ngoài : +Chiều dài tính toán: l=900 mmm Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 4 Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép +Chiều dày của bản mặt cầu h=200 mm Bản tựa trên hai dầm dọc và các dầm ngang ,khoảng cách giữa các dầm ngang là 6800mm, khoảng cách giữa các dầm dọc là 2250mm(b/a>2)=>tính toán bản mặt cầu theo mô hình bản ngàm hai cạnh đối với phần phía trong tính theo mô hình bản ngàm hai cạnh, phần phía ngoài tính theo mô hình bản cánh hẫng. Sơ đồ tính toán nh sau: 2100 Sơ đồ bản ngàm 2 cạnh 900 Sơ đồ bản hẫng 4.2.1.Tính toán mô men cho bản mặt cầu a.Tính toán cho sơ đồ I ( bản ngàm hai cạnh ) Tính toán mômen do trọng lợng bản thân gây ra: Để tính mômen tại mặt cắt giữa nhịp và mặt cắt ngàm ta tiến hành tìm mômen tại mặt cắt giữa nhịp của sơ đồ dầm giản đơn tơng ứng Mo, sau đó suy ra mômen tại mặt cắt đã nêu theo công thức kinh nghiệm: M giữa thực =0.5 Mo M ngàm thực =0.8 Mo Sơ đồ Tính toán quy đổi M0 -Mô men giữa nhịp: M g =0.5* dc *l 2 /8 DC =1*0.2*24=4.8 KN/m M g =0.5*3.6*2.1 2 /8=1.323( KN.m) -Mô men tại ngàm M ngàm =0.8*3.6*2.1 2 /8=2.117 ( KN.m) Do trọng lợng lớp phủ mặt cầu gây ra :bê tông asphalt dày 5 cm, tạo dốc + cách nớc 10 cm Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 5 Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép DW =h asphalt . asphalt +h tạodốc . tạodốc =0.05*22.5+0.1*24=3.525 (kN/m) -Mô men tại giữa nhịp: M giữa =0.5. 944.0 8 07.2*525.3 2 = ( KN.m) -Mômen tại ngàm: M ngàm =0.8 51.1 8 07.2*525.3 2 = ( KN.m) Do hoạt tải: bản đợc thiết kế theo bánh xe của trục 145 KN và tải trọng làn 9.3 kN/m. Các bánh xe cách nhau 1,8 m, tải trọng mỗi bánh là 72.5 KN.Tải trọng làn thiết kế phân bố đều theo chiều dọc, theo chiều ngagn đợc giả thiết là phân bố trên chiều rộng là 3000 mm. Hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế không xét đến lực xung kích. Khi thiết kế vị trí ngang của xe đợc bố trí sao cho hiệu ứng lực trong giải phân tích đạt giá trị lớn nhất. Vị trí trọng tâm bánh xe đặt chách đá vỉa 300mm khi thiết kế bản hẫng và 600mm khi thiết kế các bộ phận khác. o Ta có: Đối với phần hẫng: b=1140+0.833X Đối với phần có mômen dơng: b=1220+0.55S Đối với vị trí có mômen âm: b=1220+0.25S Trong đó : X: Khoảng cách từ tải trọng đến điểm đặt gối tựa. S: Khoảng cách giữa các gối. Khi tính toán hiệu ứng lực, tải trọng bánh xe đợc mô hình hoá nh tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc của lốp xe cộng với chiều dày của bản mặt cầu nh đợc xác định dới đây hoặc nh tải trọng phân bó đều đạt tại trọng tâm lốp xe và phân bố theo chiều dài dải tải trọng tơng đơng đợc tính nh ở trên. o Diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng phải đợc coi là hình chữ nhật có: Chiều rộng B, chiều rộng của vệt bánh xe tiếp xúc với mặt đờng b=510mm, tải trọng phân bố một góc 45 0 chiều dày lớp bê tông Asphalt là 5cm+tạo dốc 10 cm,vậy chiều rộng của diện tích tiếp xúc là 510+2*150=810 mm Chiều dài của vệt tiếp xúc là L=2,25.10 -3 .(1+ P IM ) 100 Trong đó : P: Tải trọng một bánh xe .P=72.5 KN Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 6 Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép IM: lực xung kích. =1.75,hệ số tải trọng =>L=2,28.10 -3 .1,75(1+ 72500). 100 75 =506,23 mm o Hiệu ứng lực do tải trọng xe thiết kế đợc tính với tải trọng bánh xe là lực tập trung có giá trị là P/b, mômen do tải trọng bánh xe đợc tính theo công thức : M i =n.P. + l i q b y Trong đó: n: hệ số làn y i :Tung độ đờng ảnh hởng q l : Tải trọng làn thiết kế : Diện tích đờng ảnh hởng đặt tải trọng làn 2100 b P/ 0.5175 0.454 0.454 Ta có M làn =q l *=9.3*0.5*0.5175*2.1= 5.053 KNm/m M thiét kế = 67,41))438.052.0(*51.0*5.0438.0*51.0(*2,1* 51.0 5,72 =+ KN m/m M làn + M thiét kế =41,67+5.053=46,723 KNm/m => M giữa =0.5*46,723=23,327 KNm/m M ngàm =0.8*46,723=37,323 KNm/m 4.2.2.Tổ hợp tải trọng M U = ( P .M DC1 + P M DC2 + P M DW ) Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 7 Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác xác định theo Điều 1.3.2 = i . D . R 0,95 Hệ số liên quan đến tính dẻo D = 1 (theo Điều 1.3.3) Hệ số liên quan đến tính d R = 1 (theo Điều 1.3.4) Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác i = 1,05 (theo Điều 1.3.5) => = 1 p : Hệ số tĩnh tải (Bảng A.3.4.1-2) Tổ hợp tải trọng c ờng độ I Hệ số Mdw Mdc Mll Đơn vị Tổng max 1.50 1.25 1.75 min 0.65 0.90 1.75 1.10 1.10 1.10 M max 1.59 1.30 44.90 KN.m/m 47.79 M min 1.10 1.49 71.85 KN.m/m 74.44 Tổ hợp tải trọng c ờng độ sử dụng Hệ số Mdw Mdc Mll Đơn vị Tổng 1.00 1.00 1.00 1.10 1.10 1.10 M max 1.06 1.04 25.66 KN.m/m 27.75 M min 1.69 1.66 41.06 KN.m/m 44.41 4.3.Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu + Sức kháng uốn của Bản M r = .M n : Hệ số sức kháng quy định theo Điều (A.5.5.4.2.1) ta có = 0,9 Đối với trạng thái giới hạn cờng độ 1 (Cho BTCT thờng) M r : Sức kháng uốn tính toán M n : sức kháng uốn dang định Đối với cấu kiện chịu uốn khi sự phân bố ứng suất gần đúng theo hình chữ nhật nh quy định của Điều 5.7.2.2 thì M n xác định Điều 5.7.3.2.3 + + = 22 )(85.0 2 ' 22 1 ''' r rwcsy s syspspsn ha hbbf a dfA a dfA a dfaM p Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 8 Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép Vì không có cốt thép ứng suất trớc ,b=b W và coi A s = 0 = 2 a dfAM sysn Trong đó: A S = Diện tích cốt thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm 2 ) f y = Giới hạn chảy qui định của cốt thép (Mpa). d S = Khoảng cách tải trọng từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không ứng suất trớc (mm) A' S = Diện tích cốt thép chịu nén (mm 2 ) f' y = Giới hạn chảy qui định của cốt thép chịu nén (Mpa). d' p = Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén (mm) f ' c = Cờng độ chịu nén qui định của bê tông ở tuổi 28 ngày (Mpa) b = Bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm) b w = Chiều dày của bản bụng hoặc mặt cắt tròn (mm) 1 = Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất qui định trong điều (A.5.7.2.2) h 1 = Chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T(mm) a = c 1 ; chiều dày của khối ứng suất tơng đơng (mm) điều (A.5.7.2.2) bf fA bf fAfAfA ca c ys wc ycyspsps ' 1 1 ' '' 1 85.085.0 = + == Theo trạng thái giới hạn cờng độ I Cốt thép phải bố trí sao cho mặt cắt đủ khả năng chịu lực 4.3.1 Bố trí cốt thép chịu mômen của bản mặt cầu(cho 1 mét dài bmc) Không xét đến cốt thép chịu nén (sẽ bố trí cho mômen dơng của bản mặt cầu) o Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ d=40 mm=>ds=200-40=160 mm o Diện tích cốt thép cần thiết để chịu mômen dơng: A s = 72.746 4.0*160 10.79,47 . 3 == sy I df M mm 2 . Diện tích của một thanh =16 = 4 16* 2 mm 2 Số thanh thép cần dùng n= S A s =4.3 thanh=>chọn 6 thanh Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 9 Thiết Kế Môn Học Cầu Bê tông Cốt Thép o Diện tích cốt thép cần thiết để chịu mômen âm: A s = 13.1163 4.0*160 10.44,74 . 3 == sy I df M mm 2 Số thanh thép cần dùng để chịu mômen âm: n= S A s =7,4 thanh, để dễ bố trí chọn số thanh thép chịu mômen âm và dơng là bằng nhau và bằng 10 thanh, khoảng cách giữa các thanh là 100 mm 200 120 40 Bố trí cốt thép bản mặt cầu 100 40 4.4.Kiểm toán bản mặt cầu theo các trạng thái giới hạn Duyệt mô men a=.c=0,85. 35 cm M n =A s .f s .(d p - 2 a )=2010,6.400.(160-0.85*35*0.5)= 116.72 KN.m M r =.M n =0,9. 116.72 KNm > M u =77,85 KNm => (Thoả mãn) Vậy mặt cắt thoả mãn về cờng độ. Kiểm tra lợng cốt thép tối đa (A.5.7.3.3.1) Phải thoả mãn điều kiện 42.0 e d c de = dP =160 mm (Do coi Aps = 0 (A.5.7.3.3.1-2)) c: khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục TH, c=35 mm 22.0 160 35 == e d c < 0,42 => Thoả mãn Vậy mặt cắt giữa nhịp thoả mãn về hàm lợng thép tối đa. Lợng cốt thép tối thiểu Trần Quốc Hng Đờng Ôtô & Sân bay K43. 10 [...]...Thi t Kế Môn Học Cầu Bê t ng C t Thép min 0.03 fc' fy min=0.03*45/400=0.315%phải bố trí c t thép theo phơng dọc, chọn No10 @200 As= 0.5mm2/mm Để thuận tiện cho thi công bố trí c t thép theo lớp đỉnh và đáy nh nhau 5 T nh toán nội lực dầm chủ do t nh t i : T i trọng t c dụng nên dầm chủ T nh t i : T nh... b .T i m t c t 3L/8, L/4,L/8,Gối làm t ng t đối với các t i trọng DC, DW, PL, W.Chú ý khi xếp t i của xe t i thi t kế để t nh giá trị mômen phải t m đúng vị trí b t lợi nh t ví dụ t i m t c t 3L/8 Đây sẽ là vị trí b t lợi nh t với xe t i hai trục và ba trục t i m t c t 3L/8 các m t c t khác chỉ thay đổi bằng cách t nh tiến các trục xe Trần Quốc Hng 17 Đờng t & Sân bay K43 Thi t Kế Môn Học Cầu Bê. .. số ma s t à = 0,2 - Hệ số ma s t lắc trên 1mm bó cáp K = 6,6ì1 0-7 (mm-1) (A.5.9.5.2.2b) - ứng su t trong thép ứng su t khi kích f pj = 0,7 f pu = 1302MPa - ứng su t trong thép sau các m t m t trong giai đoạn sử dụng : 0,83.fpy=0,83.1581=1312,23 MPa - Chiều dài t t neo : L = 1cm / 1neo - -Hệ số quy đổi ứng su t =0.9 7.1.2 Thép thờng - Giới hạn chảy t i thiểu của c t thép thanh: f y = 400MPa - Môdun... Lực c t: Vu=g(p. +-. p .-) Trong đó: - Diện t ch đờng ảnh hởng mômen t i m t c t đang x t +-Diện t ch đờng ảnh hởng lực c t dơng t i m t c t đang x t +-Diện t ch đờng ảnh hởng lực c t âm t i m t c t đang x t 5.3.1 T nh Nội lực do ho t tải ở các m t c t đặc trng a Đờng ảnh hởng mômen m t c t giữa nhịp L/2 Do t nh t i -Do t i trọng bản thân DC Mômen MDC=6.8*27.2*0.5*0.642*18.185=1049.4113 (KN.m) Lực c t QDC=0 . Thi t Kế Môn Học Cầu Bê t ng C t Thép Thi t kế môn học cầu BTCT Nhiệm vụ thi t kế: Thi t kế 1 cầu Bê t ng c t thép DƯL 1. Các số liệu cho trớc: - Dầm T, chiều dài toàn dầm L=28 m, k t cấu. fy fc' 03.0min min =0.03*45/400=0.315%<0.32 Vậy m t c t thoả mãn về hàm lợng thép t i thiểu 4.5 Kiểm tra bố trí thép theo thi t kế kinh nghiệm : Phải đ t lớp c t thép đúng hớng ,f y 400Mpa C t thép phải càng gần các m t ngoài. Cầu Bê t ng C t Thép Phần 1: Nội dung thuy t minh 1. Chọn ti t diện m t c t dầm chủ. 1.1 Bố trí chung m t c t ngang cầu T ng chiều dài toàn dầm là 28 m t, để hai đầu dầm mỗi bên 0,4 m t để