Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Mục lục Phần 1: Nội dung thuyết minh 1. Chọn tiết diện mặt cắt dầm chủ 1.1 Bố trí chung mặt cắt ngang cầu 1.2 Chọn mặt cắt ngang dầm chủ. 2. Chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (A2.5.2.6.3-1) 3. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (A.4.6.2.6) 3.1 Đối với dầm giữa 3.2 Đối với dầm biên 4. Tính toán bản mặt cầu 4.1 Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu 4.2 Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải 4.3 Xác định nội do hoạt tải và ngời đi bộ 4.4 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu 4.5 Tính toán cốt thép chiu lực 5. Tính toán nội lực dầm chủ do tĩnh tải 5.1 Tĩnh tải rải đều lên 1 dầm chủ 5.2 Các hệ số cho tĩnh tải p (Bảng A.3.4.1-2) 5.3 Xác định nội lực 6. Nội lực dầm chủ do hoạt tải 6.1. Tính toán hệ số phân phối hoạt tải theo làn 6.2 Tính toán hệ số phân phối của tải trọng ngời đi bộ 6.3 Xác định nội lực. 7. Các đặc trng vật liệu cho dầm chủ 7.1 Thép 7.2 Bêtông 8. Chọn và bố trí cáp dự ứng lực 8.1 Chọn cáp dự ứng lực 8.2 Bố trí cáp dự ứng lực 8.3 Tính tính các đặc trng hình học 9. Tính toán các mất mát ứng suất Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 1 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL 9.1 Xác định một số thông số cho các bó cáp 9.2 Mất mát do ma sát f pF 9.3 Mất mát do tụt neo 9.4 Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 9.5 Mất mát ứng suất do co ngót (A.5.9.5.4.2) 9.6 Mất mát ứng suất do từ biến 9.7 Mất mát do dão thép ứng suất trớc 10. Kiểm toán theo - Trạng thái giới hạn cờng độ I 10.1 Kiểm toán Cờng độ chịu uốn 10.2 Kiểm tra hàm lợng cốt thép ứng suất trớc 10.3 Tính cốt đai và kiểm toán cắt theo trạng thái giới hạn CĐ1 10.4 Kiểm toán dầm theo trạng thái giới hạn sử dụng 11. Tính độ võng cầu 11.1 Tính độ võng lực DƯL 11.2 Tính độ võng do tải trọng thờng xuyên (tĩnh tải) 11.3 Tính độ võng tức thới do hoạt tải có xét lực xung kích 12. Tính toán dầm ngang 12.1 Nội lực do tải trọng cục bộ (hoạt tải) gây ra 12.2 Nội lực do tải trọng phân bố (tĩnh tải) 12.3 Bố trí cốt thép 12.4 Duyệt cờng độ kháng uốn 12.5 Duyệt cờng độ kháng cắt 13. Duyệt dầm ngang. 14. Vật liệu cho dầm Phần 2: Bản vẽ kỹ thuật (Bản vẽ khổ A1) Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 2 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Thiết Kế Môn Học Cầu BTCT học Phần 1 A.Đề Bài I.Số Liệu Thiết Kế *Thiết kế kết cấu nhịp dầm giãn đơnBTCT dự ứng lực theo TC thiết kế 22TCN272.05 *TảI trọng thiết kế HL93,Ngời 30KN/m 2 *Chiều dài nhip:33m *Khổ cầu : 12+2 x 2 (m) *Mặt cắt ngang dạng chữ T *Phơng pháp tạo DƯL kéo sau *Cáp DƯL:Bó 12K15 *Bê tông dầm cầp f ' c =40Mpa,Bê tông bản mặt cầu f ' c =30Mpa II.Yêu Cầu 1.Tính bản mặt cầu 2.Tính dầm chủ *Tải trọng và các hệ số *Tính Ml/2,Ml/4,Qgối,Ql/4 *Bố trí cốt thép DƯL *Tính toán theo trạng thái giới hạn sử dụng * Tính toán theo trạng thái giới cờng độ về uốn và cắt * Tính toán theo trạng thái giới mỏi 3.Bản vẽ :A1 B.Nội Dung Tính Toán I.Các loại vật liệu 1.Cốt thép DƯL Theo bàI ra sử dụng bó 12K15 có độ chùng dão thấp theo tiêu chuẩn ASTM A416 Grade270 Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 3 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL - Cờng độ chịu kéo của thép DƯL : f pu =1860 Mpa - Giới hạn chảy của thép DƯL : f pu =0,9 f pu =0.9 ì 1860=1674 Mpa - Môđun đàn hồi của thép DƯL : E p =197000 Mpa - Ưng suất trong thép ứng suất khi kích: : f pj =0,8 f pu =1488 Mpa 2.Vật liệu bê tông Bê tông dầm chủ Có f ' c =40Mpa Cờng độ chịu nén của bê tông khi tạo ƯS trớc f ' ci =0,9f ' c =0,9 ì 40=36 Mpa Môđun đàn hồi của BT dầm: E c =0,043 40)2500(043,0 5,1'5,1 ìì=ìì c f =33994,48 MPa Cờng độ chịu kéo khi uốn f MPaf cr 98,34063,063,0 ' =ì=ì= II.Bố Trí Chung Mặt Cắt Ngang Cầu Tổng chièu dài toàn cầu là 33 m,để hai đàu dầm mỗi bên là 0,4 m để kê gối Chiều dài nhịp tính toán là: L=40-2 m2.324,0 =ì Cầu gồm 6 dầm chữ T tạo bằng bê tông có Mpaf c 40 ' = Lớp phủ bản măt cầu gồm hai lớp: Lớp chống thoát nớc 0,4cm; Lớp bê tông atphan có chiều dầy 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao gối cầu Khoảng cách giữa các dầm chử : S =2400 mm Mặt cắt ngang cầu: PHÂN CáCH MềM 2 % 2 % 14400 6x2400 Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 4 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL 1.Chọn mặt cắt ngang dầm chủ a.Chọn sơ bộ dầm chủ có tiết diện hình chữ T với các kích thớc sau: Chiều dầy bản : t 200= s mm Chiều cao dầm : H=1900 mm Chiều rộng bầu: b b =600 mm Chiều cao bầu :h b =350 mm Chiều dầy bụng: b =200 mm Chiều rộng bản cánh: b t =1800 mm Các kích thớc khác nh hình vẽ: Mặt cắt dầm chủ Mặt cắt tại gối(Mơ rộng sờn dầm) b.Kiểm tra điều kiện về chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (Theo 22TCN 272-05. 2.5.2.6.3-1) Yêu cầu: h min =0,045L Trong đó: h min : Chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu; H=1900mm L :Chiều dàI nhịp tính toán (L=40-2 4,0ì =39,2 m) =<=ì mmHmm 190014584.32045,0 Thoã mãn 2.Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (Theo 22TCN 272-05. 2.5.2.6.3-1) a.Đối với dầm giữa Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 5 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của: 4 L chiều dài nhịp = mm8150 4 32200 = 12 lần độ dầy trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dầy bản bụng hoặc 2 1 bề rộng bản cánh trên dầm: = mm3300 2 1800 200 max20012 = +ì Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau(=2400 mm) Do đó bề rộng bản cánh hữu hiệu của dầm giữa là: b i =2400 (mm) b.Đối với dầm biên Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy bằng 2 1 bề rộng hữu hiệu của dầm kề trong(= )1200 2 2400 mm= cộng trị số nhỏ nhất của: 8 L chiều dài nhịp = mm4025 8 32200 = 6 lần độ dầy trung bình của bản cộng với số lớn nhất của 2 1 bề dầy bản bụng hoặc 4 1 bề rộng bản cánh trên dầm chính: = mm1650 4 1800 2 200 max2006 = +ì Bề rộng phần hững(=1350 mm) Do đó bề rộng bản cánh hữu hiệu của dầm biên là: b e =1200+1350=2550mm Kết luận : Bề rộng bản cánh hữu hiệu của các dầm Dầm giữa(b i ) 2400 mm Dầm biên(b e ) 2550 mm III.Tính Toán Bản Mặt Cầu Sơ đồ tính bản mặt cầu 1.Cấu tạo bản mặt cầu,lan can và gờ chắn a.Bản mặt Cầu và lớp phủ mặt cầu Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 6 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL *Bản mặt Cầu Có chiều dầy bằng bản cánh của của dầm chủ h f =200mm Trọng lợng bản thân bản mặt cầu(Xét cho 1m chiều dài bản mặt cầu) DC 1 =1 cf h ìì =1 ì 0,2 ì 25=5 (KN/m) *Lớp phủ bản măt cầu gồm hai lớp: Lớp chống thoát nớc 0,4cm; Lớp bê tông atphan có chiều dầy 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao gối cầu Tĩnh tải rãi đều do lớp phủ mặt cầu( Xét cho 1m chiều dài bản mặt cầu) DW=1 5,22074,01 ìì=ìì atfanW h = 1,665 (KN/m) b.Lan can và Gờ chắn *Lan Can Ta sử dụng loại lan can theo tiêu chuẩn AASHTO Trọng lợng bản thân: DC 2 =4,654 (KN) *Gờ chắn Trọng lợng bản thân: DC 3 =1,25(KN) Lan can Gờ chắn 2.Phơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng (theo 22TCN 272-05. 4.6.2) Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các dầm 2.1.Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực Theo 22TCN 272-05. 4.6.21:Khi áp dụng theo phơng pháp giai phải lấy mômen dơng cực trị để đặt tải cho tất cả các vùngcó mômen dơng,tơng tự đối với mômen âm do đo ta ch cn xác định nội lực lớn nhất của sơ đồ.Trong dầm liên tục nội lực lớn nhất là tại gối và giữa nhịp. Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 7 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL Do đó sơ đồ tính toán là dầm liên tục 3 nhịp đối xứng,vị trí tính nội lực là tại :a,b,c,d nh hình vẽ Theo 22TCN 272-05. 4.6.2.1.6:Các dải phải đợc coi nh dầm liên tục hoặc nh dầm giãn đơn,chiều dài nhịp phải đợc lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các cấu kiện đỡ.Nhằn xác định hiệu ứng lực trong các dải,các cấu kiện đỡ phải có độ 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 sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc đợc chỉ trong 22TCN 272- 05.3.6.1.2.5 cộng với chiều cao của bản mặt cầu. Trong bản tính này coi các tải trọng bánh xe nh tải trọng tập trung 2.2.Xác định nội lực do tĩnh tải a.Tải trọng Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rãi đều do TTBT của bản mặt cầu ,TTBT của lớp phủ,lực tập trung do lan can tác dụng lên phần hẫng Đối với tĩnh tải, ta tính cho dãi bản rộng1m theo phơng ngang cầu Để tính nội lực cho các mặt cắt b,c,d ta vẽ đờng ảnh hởng của các mặt cắt rồi xép tảI trọng lên đờng ảnh hởng.Dùng chơng trình Midas để vẽ và tính toán b.Công thức tính nội lực M ) ( 21 DWPDCPDCPU MMM ++= : Hệ số liên quan đến tính dẻo,tính d,và sự quan trọng trong khai thác xác định theo 22TCN 272-05.1.3.2 95,0= RDi Hệ số liên quan đến tính dẻo : 95,0= D (Theo22TCN 272-05.1.3.3) Hệ số liên quan đến tính d : 95,0= R ( Theo22TCN 272-05.1.3.4) Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác: 05,1= i ( Theo22TCN 272-05.1.3.5) 95,005,195,095,0 =ìì= P :Hệ số tỉnh tãi(Theo22TCN 272-05,bảng Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 Tên Tải Trọng Giá Trị TTBT bản mặt cầu (DC 1 ) 5 (KN/m) Lan Can (DC 2 ) 4,654 (KN) Gờ Chắn (DC 3 ) 1,25(KN) TTBT lớp phủ mặt cầu (DW) 1,665 (KN/m) Loại tải trọng TTGH c- ơngđộI TTGH Sử dụng DC:Cấu kiện và các thiết bị phụ 1,25/0,9 1 DW:Lớp phủ mặt cầu và các tiện ích 1,5/0,65 1 8 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL 2.2.1.Nội lực mặt cắt tại a Mô men tai mặt cắt a là mômen phần hững.Sơ đồ tính dạng công xong chịu uốn DC3=1,25KN DC2=4,654 Lan can Bản mặt cầu 5 KN/m Lớp phủ mặt cầu (DW=1,665KN/m) Sơ đồ tính bản hững Ta có: M a = ++ 3 2 6 2 6 2 1 10.1350 10.2 800. 10.2 1350. DC DW DC PPP *Với trạng TTGH cờng độ I Thay số M a =- 0,9 ++ 35,1.654,4.25,1 2 8,0.665,1 5,1 2 35,1.5 25,1 22 =-12.9(kNm) *Với TTGH sử dụng M a =-0,95 ++ 35.1.654,4.1 2 8,0.665,1 1 2 35,1.5 1 22 =-10.9 (kNm) 2.2.2.Nội lực mặt cắt b Để tạo ra ứng lực lớn nhất tĩnh tải, trên phần Đah dơng ta xếp tĩnh tải với hệ số lớn hơn 1, trên phần Đah âm ta xếp tĩnh tải với hệ số nhỏ hơn 1.Cụ thể xếp nh sau: Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 9 Thiết Kế Môn Học Cầu Bêtông Cốt Thép DƯL - + Bmc Phủ Xếp tải lên phần Đah d ơng Phủ - Bmc + Xếp tải lên phần Đah âm Tính nội lực theo công thức: M U = ( P .M DC1 + P M DC2 + P M DW ) Trên phần Đah dơng: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 1,25 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Với lớp phủ lấy hệ số p = 1,5 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Trên phần Đah âm: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 0,9 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Phn ah TTG H Cng 1 TTGH S dng Bn mt cu Lp ph Bn mt cu Lp ph Dng 3,621 1,484 2,880 0,992 m -0,441 -0,222 -1,526 -0,334 1,992 1,2243 1,2334 0,3658 Tng ni lc 3.762 3.05 Với lớp phủ lấy hệ sô p = 0,65 trong THGH CĐ1, bằng 1 trong THGH SD Sau khi giải sơ đồ bằng Sap2000 kết quả mô men M b trong bảng dới đây Bảng 4.2.2 Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 10 [...]... Thoả mãn Vậy bản m t cầu thoả mãn điều kiện kiểm toán n t ở trạng thái giới hạn sử dụng Sinh viên: Lê Đình Hớng 23 Lớp :Cầu- Hầm -K43 Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL 4.5.6 Kiểm tra bố tri thép theo thi t kế kinh nghiệm Phải đ t lớp c t thép đng hớng ,fy 400Mpa C t thép phải càng gần các m t ngoài càng t t Lớp đáy : Số lợng thép t i thiểu cho mỗi lớp bằng 0,57 mm2/mm Theo thi t kế trên c t thép. .. có c t thép ứng su t trớc ,b=bW và coi As = 0 a M n = As f y d s 2 Trong đó: AS = Diện t ch c t thép chịu kéo không ứng su t trớc (mm2) fy = Giới hạn chảy qui định của c t thép (Mpa) dS = Khoảng cách t i trọng t thớ nén ngoài cùng đến trọng t m c t thép chịu kéo không ứng su t trớc (mm) Sinh viên: Lê Đình Hớng 17 Lớp :Cầu- Hầm -K43 Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL A'S = Diện t ch c t thép. .. Lực c t: Vu= .g(p. +-. p .-) (T ng t nh t nh toán bản m t cầu với mục đích t o ra hiệu ứng t i lớn nh t) 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 Sinh viên: Lê Đình Hớng 26 Lớp :Cầu- Hầm -K43 Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL : Hệ số liên quan đến t nh dẻo, t nh... lực c t m t c t gối Sinh viên: Lê Đình Hớng 30 Lớp :Cầu- Hầm -K43 Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL Làm t ng t nh trên, ta có bảng t ng k t sau: Mômen do t nh t i Bảng 5.3.1 L/2 L/4 TTGH CĐ1 Dầm trong Dầm ngoài TTGH SD TTGH CĐ1 TTGH SD m TTGH SD 3730,11 2928,096 2797,58 2196,072 458,628 360,018 4160,33 3272,271 3119,98 2454,203 511,52 402,335 Lực c t do t nh t i Dầm trong Dầm ngoài 0,8 TTGH CĐ1...Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL 4.2.3 Nội lực m t c t Mc + + - - Đ ờng ảnh h ởng Mc Làm t ng t nh trên , ta có bảng k t quả sau: Bảng 4.2.3 TTGH Phn ah Bn mt cu Cng 1 Lp ph TTGH Bn mt cu S dng Lp ph Dng -4 ,123 -1 ,1813 -3 ,329 -1 ,16 m 0,613 0,2035 0,913 0,1742 -3 ,35 -1 ,5276 -2 ,4223 -0 ,990 -3 .074 Tng ni lc -2 .874 4.2.4 Nội lực m t c t Md Bảng 4.2.4 TTGH Phn ah Bn mt cu Cng 1 Lp ph TTGH... Bố trí c t thép âm cho phần hẫng của bản m t cầu( cho 1m dài bmc) và kiểm toán theo THGH CĐ 1 Để thận tiên cho thi công: Bố trí 2 m t phẳng lới c t thép cho bản m t cầu nên c t thép âm cho phần hẫng đợc bố trí giống c t thép âm(6 thanh 16) Chỉ tiến hành kiểm toán + Mômen t nh toán cho mômen âm của bản m t cầu Mu=30.78 (Xem bảng 4.b) Do mômen t nh toán Mu < Mômen t nh toán của mômen âm của bản m t cầu. .. t i xe t thi t kế và quy t c xếp t i (Điều 3.6.1.3) Ho t tải xe HL93 - Ho t tải xe t trên m t cầu hay k t cấu phụ trợ (HL- 93) sẽ gồm m t tổ hợp của : + Xe t i thi t kế hoặc hai trục thi t kế + T i trọng làn thi t kế - Hiệu ứng lực của t i trọng làn thi t kế không x t lực xung kích - Quy t c xếp t i (A.3.6.1.3) Hiệu ứng lực lớn nh t phải đợc lấy theo giá trị lớn hơn của các trờng hợp sau : +... giữa các c t thép không đợc v t quá 1,5 chiều dày cấu kiện hoặc 450mm Smax 1,5x200=300 (mm) 4.5.2 Bố trí c t thép dơng cho bản m t cầu( cho 1 m t dài bmc) và kiểm toán theo THGH Cờng độ 1 + Không x t đến c t thép chịu nén (bố trí cho mômen âm của bản m t cầu) Sinh viên: Lê Đình Hớng 19 Lớp :Cầu- Hầm -K43 Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL + Mômen t nh toán cho mômen dơng của bản m t cầu Mu=45.64... m t cầu + Bê t ng bản m t cầu Sinh viên: Lê Đình Hớng 16 Lớp :Cầu- Hầm -K43 Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL fC = 40 Mpa Cờng độ nén quy định ở tuổi ở tuổi 28 ngày Ec = 0,043 y1,5 f c' c (A5.4.2. 4-1 ) => Ec= 33994,48 MPa + C t thép fy= 420 Mpa Giới hạn chảy t i thiểu quy định của thanh c t thép Es= 200000 MPa 4.5 T nh toán c t thép chiu lực + Lớp bảo vệ Theo bảng (A.5.12. 3-1 ) Mép trên bản : a... mỗi dầm, riêng lan can thì m t mình dầm biên chịu + T i trọng bản thân dầm DCdc Thành phần t nh t i DC bên trên bao gồm toàn bộ t nh t i k t cấu trừ t nh t i lớp m t hao mòn dự phòng và t i trọng dự chuyên dụng Do mục đích thi t kế 2 phần của t nh t i đ ợc định nghĩa nh sau: T nh t i rải đều lên dầm chủ xu t hiện ở giai đoạn căng ứng su t trớc gDC1(dc) = .Ag Trong đó: - Trọng lợng riêng của dầm, . -K43 2 Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL Thi t Kế Môn Học Cầu BTCT học Phần 1 A.Đề Bài I.Số Liệu Thi t Kế *Thi t kế k t cấu nhịp dầm giãn đơnBTCT dự ứng lực theo TC thi t kế 22TCN272.05 *T I. M t m t do dão thép ứng su t trớc 10. Kiểm toán theo - Trạng thái giới hạn cờng độ I 10.1 Kiểm toán Cờng độ chịu uốn 10.2 Kiểm tra hàm lợng c t thép ứng su t trớc 10.3 T nh c t đai và kiểm toán. Khoảng cách t i trọng t thớ nén ngoài cùng đến trọng t m c t thép chịu kéo không ứng su t trớc (mm) Sinh viên: Lê Đình Hớng Lớp:Cầu-Hầm -K43 17 Thi t Kế Môn Học Cầu B t ng C t Thép DƯL A' S =