Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn Thiết kế cầu bê tông dự ứng lực căng sau với tiết diện tính toán chữ I Thiết kế cầu bêtông dự ứng lực căng sau với tiết diện tính toán chữ I, theo tiêu chuẩn thiết kế...
PHẦN MỞ ĐẦU 1. YÊU CẦU CHUNG : Thiết kế cầu bêtông dự ứng lực căng sau với tiết diện tính toán chữ I, theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05, các thông số ban đầu của yêu cầu thiết kế: Chiều dài nhịp : L = 33 (m) Bề rộng lòng đường : B = 2x4.0=8.0 (m) Bề rộng lề bộ hành đồng mức : B bộhành = 1.50 (m) Hoạt tải thiết kế : HL-93 và tải trọng người Cấp bêtông dầm chính : 40MPa 2. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN : 2.1 Tính toán lan can và dải phân cách : • Kiểm toán khả năng chịu lực va xe của dải phân cách • Kiểm toán khả năng chịu lực của thanh tay vịn và trụ lan can 2.2 Tính toán bản mặt cầu : • Lập sơ đồ tính • Tính toán nội lực và xác định nội lực lớn nhất trong bản • Thiết kế cốt thép chịu momen dương và âm • Kiểm toán bản mặt cầu ở trạng thái giới hạn sử dụng 2.3 Tính toán dầm ngang : • Lập sơ đồ tính • Tính toán nội lực và xác định nội lực lớn nhất trong dầm ngang • Thiết kế cốt thép chịu momen dương và âm • Kiểm toán dầm ngang ở trạng thái giới hạn sử dụng 2.4 Tính toán dầm chính : • Lập sơ đồ tính • Xác định nội lực và tổ hợp tải trọng ở TTGH cường độ và TTGH sử dụng • Sơ bộ chọn và bố trí cáp DƯL • Xác định mất mát ứng suất tức thời và mất mát dài hạn • Tính toán khả năng chịu uốn trong giai đoạn truyền lực căng • Tính toán khả năng chịu uốn ở trạng thái giới hạn cường độ • Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa • Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu • Thiết kế cốt đai chịu lực cắt • Kiểm toán khả năng chịu kéo của cốt thép dọc CHNG 1: LAN CAN 250 1500 400040001500250 900 5@1940=9700 900 8000 1500 1500 1.5% 2% 1.5% 2% Maởt caột ngang cau 1.1.TNH TON LAN CAN : Chn s b lan can cú hỡnh dng v kớch thc nh hỡnh v: 1.1.1.Thanh lan can nm ngang : Lm bng thộp CT 3 cú trng lng riờng : = 7.85 T/m 3 = 7.85ì10 -5 N/mm 3 ; ng kớnh ngoi : D = 100 mm; ng kớnh trong : d = 88 mm; Chiều dày thành ống : δ = 6 mm; Diện tích tiết diện ngang của ống : ( ) ( ) π − π − = = = 2 2 2 2 2 o D d 100 88 A 1772mm 4 4 Tải trọng tác dụng lên thanh lan can : a. Trọng lượng bản thân : W bt = γ.A 0 = 7.85×10 -5 ×1772 = 0.139 N/mm; b. Hoạt tải tính toán : W = 0.37 N/mm (cả phương đứng và ngang); P = 890 N; Ta có sơ đồ tính toán như hình vẽ : W+W bt W P 2 0 0 0 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can Môment theo phương thẳng đứng tại giữa thanh do tải trọng bản thân và hoạt tải phân bố W : = + = × × × × = + = = 2 2 bt y 2 2 1.25W L 1.75WL M 8 8 1.75 0.37 2000 1.25 0.139 2000 8 8 410625N.mm Mômen theo phương ngang tại giữa thanh do hoạt tải phân bố W: = = × × = = 2 x 2 1.75WL M 8 1.75 0.37 2000 323750N.mm 8 Tổ hợp mô men tại mặt cắt giữa nhịp : × × = + + = + + = = 2 2 2 2 x y 1.75PL 1.75 890 2000 M M M 323750 410625 4 4 1301652.43N.mm 1.1.2.Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh lan can nằm ngang : Điều kiện kiểm tra : ϕ ≥ n u M M Mơmen kháng uốn của tiết diện thanh lan can: ( ) ( ) π π = − = − = 3 3 3 3 3 S D d 100 88 31271.41mm 32 32 Sức kháng uốn danh định của thanh lan can : = = × = n y M F S 210 31271.41 6566996.1N.mm Với : = 2 y F 210N / mm : Cường độ chảy của thép CT3 Với kết cấu chịu uốn ở trạng thái giới hạn cường độ, hệ số sức kháng: 1ϕ = ⇒ ϕ = > = = n u M 6566996.1N.mm M M 1301652.43N.mm Vậy thanh lan can đủ khả năng chịu lực. 1.1.3.Kiểm tra khả năng chịu lực của cột lan can thép : 120 200 MẶT CẮT A-A TL 1:20 P2 P1 P1 TẤM THÉP T2 dày 5mm TL 1:20 TẤM THÉP T1 dày 5mm TL 1:20 740 735 R 7 5 190 200 Đường hàn góc h=6mm Tấm thép T2 Tấm thép T1 Ống thép tay vòn CỘT LAN CAN TL 1:20 100 A A 300 360350 250 Cấu tạo cột lan can Kiểm tra khả năng chịu lực của cột lan can tại tiết diện chân cột (mặt cắt A-A). Điều kiện kiểm tra : n u M Mϕ ≥ Ngoại lực tác dụng : = × = × = = = 1 2 P L W 2000 0.37 740N P P 890N Mômen do ngoại lực tác dụng tại mặt cắt A-A : ( ) ( ) u 1 2 1 1 M P P h P h 740 890 660 740 300 1297800N.mm = + × + × = = + × + × = Mômen quán tính của tiết diện : − × × = + − × × × + = ÷ ÷ ÷ 2 3 3 4 A A 120 5 200 5 5 190 I 120 5 2 14267916.67mm 12 2 2 12 Mômen kháng uốn của tiết diện : − − = = = 3 A A A A I 14267916.67 S 7133958.33mm 2 2 Sức kháng uốn danh định của cột lan can : − = = × = n y A A M F S 210 7133958.33 1498131250N.mm Với : 2 y F 210N/ mm= : Cường độ chảy của thép CT3 Với kết cấu chịu uốn ở trạng thái giới hạn cường độ, hệ số sức kháng : 1ϕ = ⇒ ϕ = > = n u M 1498131250N.mm M 1297800N.mm Vậy cột lan can đủ khả năng chịu lực. CHƯƠNG 2. BẢN MẶT CẦU 1. Chọn chiều dày bản Chiều dày tối thiểu của bản mặt cầu BTCT theo AASHTO là 175mm. chiều dày tối thiêu theo điều kiện chịu lực phụ thuộc vào nhịp bản S hmin = mmmm S 17566.164 30 30001940 30 3000 <≈ + = + Trong đó S = 1940mm: Chiều dài nhịp bản ( khoảng cách giữa các dầm chủ ) Chọn h 2 = 200mm làm chiều dày chịu lực của bản mặt cầu Bê tông : f c ’ =28MPa = 28N/mm 2 ; Tải trọng bản thân của bản mặt cầu: 5 3 2 f DC h 1 2.4 10 200 1 4.8 10 N/ mm/ mm − − = γ× × = × × × = × Chọn lớp phủ mặt cầu có cấu tạo như hình Tỷ trọng lớp bê tơng atphan :2250Kg/m 3 Tỷ trọng lớp phòng nước : 1500 Kg/m 3 Tải trọng lớp phủ tác dụng lên bản mặt cầu : − − − = + = = × × × + × × × = = × pn nhua 5 5 3 DW DW DW 1.5 10 10 1 2.25 10 75 1 1.84 10 N/ mm/ mm 2. Sơ đồ tính tốn bản mặt cầu : Bản mặt cầu sẽ được tính tốn theo 2 sơ đồ: bản cong xon và bản dầm, trong đó phầm bản dầm đơn giản được xây dựng từ sơ đồ dầm liên tục do đó sau khi tính tốn dầm đơn giản xong phải nhân hệ số kể đến tính liên tục của bản mặt cầu. 900 1.5% 1940 1940 để đơn giản ta tính theo sơ đồ Hình vẽ sơ đồ tính bản mặt cầu 3. Tính nội lực cho bản cong xon ( bản hẫng): 900 1.5% Hình vẽ sơ đồ tính cho bản cong xon 3.1 Tải trọng tác dụng lên bản cong xon ( bản hẫng) 3.1.1 Tỉnh tải Xét tỉnh tải tác dụng lên dải bản rộng 1000mm theo phương dọc cầu: Lề bộ hành Cột và thanh lan can bằng thép Lan can phần bê tông Bó vỉa Bản mặt cầu Tỉnh tải tác dụng lên bản cong xon Trọng lượng bản thân: DC 2 = mmNh cf /5105.220010001000 5 =×××=×× − γ Trọng lượng lan can, lề bộ hành Trọng lượng bê tơng: P 1 = mmNhb c /5.4062105.265025010001000 5 11 =××××=××× − γ Trong đó: b 1 = 250mm: bề rộng của lan can phần bê tơng h 1 = 650mm chiều cao của bê tơng phần bê tơng Trọng lượng lề bộ hành người đi: ( tải này được chia đơi bó vỉa nhận một nửa và lan can phần bê tơng chịu một nửa) N hb P c 1250 2 1000105.21000100 2 1000 5 22 2 = ×××× = ××× = − γ Trọng lượng thanh lan can tay vịn: Trên 1 nhịp có 2 thanh ∅100 dày 4mm, dài 2000mm Một thanh lan can có trọng lượng NL dD P s 190200014.3 4 92100 1085.7 4 22 5 22 ' 3 =×× − ××=×× − = − πγ Trên toàn chiều dài có 15 nhịp ⇒trọng lượng toàn bộ thanh lan can là: NPP 4180190211211 ' 3 ' 3 =××=××= ∑ Trọng lượng cột lan can : Một cột lan can được tạo bởi 3 tấm thép T1.T2, T3 và 2 ống thép liên kêt ∅90 dày 4mm, dài 120mm ( Hình vẽ chi tiết cột Lan can) OÁng lieân keát Chi tieát T1 Chi tieát T2 Chi tieát T3 ∅ 92 ∅ 92 Cột lan can = Tấm thép T1+ Tấm thép T2+ Tấm thép T3+ ông liên kết: • Trọng lượng tấm thép T1= 122.46N • Trọng lượng tấm thép T2= 51.92N • Trọng lượng tấm thép T3= 19.39N • Trọng lượng ống thép ∅90 =2.04N Trọng lượng cột lan can: NP 82.19504.239.1992.5146.122 " 3 =+++= Khoảng cách giữa 2 cột lan can là 2000mm trên chiều dài nhịp 33000mm co 17 cột Trọng lượng toàn bộ cột lan can: ∑ =×=×= NPP 77.33281782.19517 " 3 " 3 Trọng lượng toàn bộ thanh lan can và cột lan can là: ∑ =+=+ NPP 77.750877.33284180 " 3 ' 3 Ta quy đổi một cách gần đúng toàn bộ trọng lượng nỳa thành lực phân bố dọc có giá trị mmN L PP tt /22.0 33000 77.7508 " 3 ' 3 == + ∑ ∑ [...]... thép: Kết cấu nhịp có 6 dầm chính tiết diện chữ I dự ứng lực căng sau giống nhau, dầm được chế tạo ở cơng trường, chiều d i nhịp L = 33m Chiều d i nhịp tính tốn Ltt=33-2x0.3=32.4m Các dầm được thiết kế bằng bê tơng cấp 40MPa; Khoảng cách giữa các tim dầm : S = 1940mm; Chọn dầm chữ I khi chưa liên hợp v i bản mặt cầu có các kích thước như hình H H3 H4H5 b3 H1 H2 b2 b5 b5 b1 b1 Mặt cắt ngang dầm t i vò... 3.6.1 Thiết kế cho phần bản chịu mơ mên âm: Thiết kế cột thép cho 1000mm chiều d i bản mặt mặt cầu Khi đó giá trị n i lực trong 1000mm bản mặt cầu như sau: − M U = −33827382.5 Nmm + Mơ men âm: Chiều rộng tiết diện tính tốn : b =1000mm Chiều cao tiết diện tính tốn : h =200mm Cường độ cốt thép: fy = 280MPa Cấp bê tơng: f’c=50Mpa T i trọng tác dụng M = 338273825N.mm Chọn khoảng cách từ mép chịu kéo ng i cùng... = 43219814 Nm Lực cắt t i g i: Vu = VuDC + VuLL = 50273 +409137 = 459410N Bảng tổng hợp n i lực t i mặt cắt g i và giữa nhịp Mặt cắ t i g i Mặt cắt giữa nhịp TTGH CĐ Mu Vu = VuDC +VuLL ( Nmm) (N) 107004553 459410 76431824 0 TTGH SD Ms ( Nmm) 60507739.6 4321981 2 Kiểm tốn dầm ngang: 30 Mơ men tính tốn t i giữa dầm: Mu0,5 =76431824Nm 850 a Thiết kế cốt thép theo TTGH CĐ cho tiết diện giữa dầm: 20 Chọn... Tính tốn cốt đai chịu cắt: Tiết diện tính lực cắt là tiết diện t i g i có các n i lực sau: M ug = −107004553.6 Nmm, Vug = 459410 N 200 Hình vẽ cốt thép t i mặt cắt g i của dầm ngang Cốt đai làm bằng cốt thép AI có fy = 280Mpa Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép vùng chịu kéo đến mép BT chịu nén của mặt cắt giữa nhịp ds = 850 -100 = 750 mm Chiều cao vùng nén của mặt cắt t i g i: a = 23,32 mm a = d s −... trạng th i gi i hạn sử dụng thuộc trường hợp đặt một bánh xe trên bản dầm Trạng th i gi i hạn cường độ: + + Mơ men dương: M U = 22148804.04 Nmm + Mơ men âm: − M U = −33827382.5 Nmm Trạng th i gi i hạn sử dụng + + Mơ men dương: M U = 14225132.90 Nmm + Mơ men âm: − M U = −20146667.35 Nmm 3.6 Thiết kế cốt thép bản mặt cầu : Ta thiết kế cốt thép tương ứng v i các giá trị n i lực ở TTGH cường độ vừa tính. .. 6,3 * 804 30 30 tính tĩnh đ i trục trung hồ 850 Xét chiều cao vùng nén x được xác định bằng cách cân bằng mơ men quan x n= x=205 Tính fs 200 Mơ mem qn tính của tiết diện đàn h i nứt đ i v i trục trung hồ x b.x 3 + nAs' ( x − d s' ) 2 + n As ( x − d s ) 2 = 3 200 × 2053 = + 6,3 × 804(205 − 30) 2 + 6,3 × 804(205 − 820) 2 = 2523400236mm 4 3 I cr = Kiểm tra nứt cho tiết diện giữa nhịp: f s 0,5 = n... Kiểm tra nứt: f sa = 66.36 < 513,231 f sa = 66.36 < 0,6 f y = 0,6 * 280 = 168 100 Kiểm tra nứt cho tiết diện t i g i: 120 • 40 Vậy tiết i n giữa nhịp dầm ngang thoả mản i u kiện chịu kéo: f sg = n M s 0,5 60507739.6 (d s − x) = 6,3 (820 − 205) = 92,9 MPa I cr 2523400236 850850 Thay vào i u kiện kiểm tra nứt f sg = 92,9 Mpa < f sa = 513,23MPa , f sg = 92,9Mpa < 0,6 f y = 168MPa • Tính tốn cốt đai... 2 Diện tích trung bình của bê tơng bọc quanh 1 thanh thép: A= Ac 50000 = = 10000mm 2 n 5 Mơ mem do ngo i lực tác dụng vào tiết diện: M = 2.0146667x107N.mm 3 Kh i lượng riêng của bê tơng : γ c = 2500kg / m Mơ đun đàn h i của bê tơng: Ec = 0.043 × γ c × 1.5 f ' c = 0.043 × 25001.5 × 50 = 38010 MPa Mơ đun đàn h i của thép: E s = 200000MPa Hệ số tính đ i từ thép sang bê tơng: Chiều cao vùng nén của bê. .. hình vẽ sau) 600 1.5% 680 1940 680 P =1800N P =106.61N 900 1040 1940 T i trọng động tác dụng lên bản biên 3.3.1.5 N i lực: Sơ đồ tính được thể hiện như trên hình vẽ: - Bề rộng bánh xe tiếp xúc v i bản mặt cầu 510mm - Diện tích truyền t i của bánh xe xuống bản mặt cầu b1 = 510 + 2 × hDW = 510 + 2 × 85 = 680mm b1' = b1 = 680mm p 145000 = = 106,6 N / mm 2 × b1 2 × 680 - Giá trị t i p: p = - Diện làm việc... × 1940 − = 43492800 N mm 4 2 Giá trị mơ men 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 bản 1000mm) được tính như sau: Trạng th i gi i hạn cường độ: + T i g i: M LL × 1000 = M ug = −0,7 M uDC + DW + u SW − 69414513.55 = −0,7 4103911.76 + = −31371365.5( N mm) 1705 + T i giữa nhịp: M LL × 1000 = M ug = 0,5 M . PHẦN MỞ ĐẦU 1. YÊU CẦU CHUNG : Thiết kế cầu b tông dự ứng lực căng sau v i tiết diện tính toán chữ I, theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05, các. men t i giữa nhịp do tĩnh t i và hoạt t i gây ra có xet đến tính liên tục của bản mặt cầu ( v i d i bản 1000mm) được tính như sau: Trạng th i gi i hạn