Bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Phần I: Nhiệm vụ thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Số liệu thiết kế Thiết kế Cầu Bê tông Cốt thép DƯL nhịp giản đơn theo các điều kiện sau: - Loại dầm: Dầm T kéo sau - Chiều dài toàn dầm: L = 27m, kết cấu kéo sau - Khổ cầu: K 12+ 2 x 1,0 m - Loại cốt thép DƯL: 7K15mm - Bê tông cấp: 500Mpa SV: Trần Phúc Trung - 1 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bé m«n cÇu hÇm ThiÕt kÕ m«n häc cÇu bª t«ng cèt thÐp - Quy tr×nh thiÕt kÕ: 22TCN 272 – 05 Bé Giao th«ng v©n t¶i - T¶i träng thiÕt kÕ: HL93, t¶i träng ngêi ®i bé 300Kg/m 2 SV: TrÇn Phóc Trung - 2 - Líp: CÇu HÇm - K43 Bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Phần II: Nội dung tính toán 1. Các loại vật liệu: 1.1. Cốt thép DUL: - Cờng độ quy định của thép dự ứng lực: f pu = 1860 Mpa - Giới hạn chảy của thép dự ứng lực: f py = 0,9f pu = 1764 Mpa - Hệ số ma sát: à = 0,3 - ứng suất trong thép khi kích: f pj = 0,7f pu = 1302 Mpa - 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 p = 197000 Mpa. 1.2. Vật liệu bê tông: - Cờng độ chịu nén của bêtông ở tuổi 28 ngày: f c = 45 Mpa - Cờng độ chịu nén của bêtông khi tạo ứng suất trớc: f ci = 0,9f c = 40,5 Mpa - Môđun đàn hồi của bêtông: 1,5 0,043. ' 36056,596 c c c E f Mpa = = - Cờng độ chịu kéo khi uốn: 0,63 ' 4, 226 r c f f Mpa= = 2. Bố trí chung mặt cắt ngang cầu: Tổng chiều dài toàn dầm là 27m, để hai đầu dầm mỗi bên 0,3m để kê gối. Nh vậy chiều dài nhịp tính toán của nhịp cầu là 26,4m. SV: Trần Phúc Trung - 3 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Cầu gồm 5 dầm có mặt cắt chữ T chế tạo bằng bêtông có f c = 45MPa. Lớp phủ mặt cầu gồm có 2 lớp: lớp chống nớc có chiều dày 0.4cm, lớp bêtông atphan trên cùng có chiều dày 7cm. Lớp phủ đợc tạo độ dốc ngang bằng cách kê cao các gối cầu. 3000 3000 3000 3000 1500 13000 600 14000 1500 Hình 1: Mặt cắt ngang kết cấu nhịp Khoảng cách giữa các dầm chủ S = 2600mm. 2.1. Chọn mặt cắt ngang dầm chủ: Điều kiện chọn tiết diện (theo điều 5.14.1.2.2) Chiều dày các phần không nhỏ hơn: - Bản cánh trên: 50mm - Sờn dầm, không kéo sau: 125mm - Sờn dầm, kéo sau: 165mm - Bản cánh dới: 125mm 2.1.1. Chọn sơ bộ dầm chủ có tiết diện hình chữ T với các kích th ớc sau: SV: Trần Phúc Trung - 4 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Chiều dày bản t s 20 cm Chiều cao dầm H 140 cm Chiều rộng bầu b b 60 cm Chiều cao bầu h b 32 cm Chiều dày bụng b w 20 cm Chiều rộng bản cánh b 1 200 cm Rộng vát cánh 20 cm Cao vát cánh 10 cm Bán kính cong R c 20 cm Chiều rộng vút bầu 20 cm Chiều cao vút bầu 20 cm Phần hẫng 130 cm Các kích thớc khác nh hình vẽ: R20 200 20 20 20 60 32 20 32 60 20 20 200 R20 Mặt cắt dầm chủ Mặt cắt tại gối (mở rộng sờn dầm) Hinh 2: Mặt cắt ngang dầm - Kiểm tra điều kiện về chiều cao kết cấu nhịp tối thiểu (TCN 2.5.2.6.3-1): Yêu cầu: h min = 0,045L Trong đó: L : Chiều dài nhịp tính toán, L = 26400mm h min : Chiều cao tối thiểu của kết cấu nhịp kể cả bản mặt cầu h min = 1400mm SV: Trần Phúc Trung - 5 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép => 0,045L = 0,045.26400 = 1188 (mm) < h min Thỏa mãn 2.1.2. Xác định chiều rộng bản cánh hữu hiệu (TCN 4.6.2.6): 2.1.2.1. Đối với dầm giữa: Bề rộng bản cánh hữu hiệu có thể lấy giá trị nhỏ nhất của: + 1 4 chiều dài nhịp: 1 26400 6600( ) 4 4 L 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: 200 12.200 max 3400( ) 2000 / 2 mm + = + Khoảng cách trung bình giữa các dầm kề nhau (= 2600mm) => b i = 2600mm 2.1.2.2. 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 (= 2600/2 = 1300) cộng trị số nhỏ nhất của: + 1 8 chiều dài nhịp hữu hiệu: 1 26400 3300( ) 8 8 L 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 dày bản cánh trên của dầm chính: 200 / 2 6.200 max 1700( ) 2000 / 4 mm + = + Bề rộng phần hẫng (= 1300mm) => b e = 1300 + 1300 = 2600 (mm) Kết luận: Bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu: Dầm giữa (b i ) 2600 mm Dầm biên (b e ) 2600 mm SV: Trần Phúc Trung - 6 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 3. Tính toán bản mặt cầu: 2600 2600 2600 1300 13000 600 a b c d e 12000 1300 2600 Hinh 3: Sơ đồ tính bản mặt cầu 3.1. Ph ơng pháp tính toán nội lực bản mặt cầu: áp dụng phơng pháp tính toán gần đúng theo TCN 4.6.2 (22TCN 272 - 05). Mặt cầu có thể phân tích nh một dầm liên tục trên các dầm. 3.2. Xác định nội lực bản mặt cầu do tĩnh tải: * Sơ đồ tính và vị trí tính nội lực: Theo Điều 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 3. Theo Điều 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 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. * Xác định nội lực do tĩnh tải: Tỷ trọng của các cấu kiện lấy theo Bảng 3.5.1.1 của Tiêu chuẩn. Tĩnh tải tác dụng lên bản mặt cầu gồm các tĩnh tải rải đều do TTBT của bản mặt cầu, TTBT của lớp phủ, lực tập trung do lan can tác dụng lên phần hẫng. SV: Trần Phúc Trung - 7 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Đối với tĩnh tải, ta tính cho 1 mét dài bản mặt cầu. Bản mặt cầu dày 200mm, tĩnh tải rải đêu do TTBT bản mặt cầu: g DC(bmc) = 200.2000.24.10 -6 = 9,6 (KN/m) Thiết kế lớp phủ dày 74mm, tĩnh tải rải đều do TTBT lớp phủ: g DW = 74.2250.10 -4 = 1,665 (KN/m) Tải trọng do lan can cho phần hẫng: Thực chất lực tập trung quy đổi của lan can không đặt ở mép bản mặt cầu nhng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt ở mép. g DC(Lan can) = 4,664 (KN /m) + Để tính nội lực cho các mặt cắt b, c, d, e ta vẽ đờng ảnh hởng của các mặt cắt rồi xếp tải lên đơng ảnh hởng. Do sơ đồ tính toán bản mặt cầu là hệ siêu tĩnh bậc cao nên ta sẽ dùng chơng trình Sap2000 để vẽ và tính toán. + Công thức xác định nội lực tính toán: M U = ( P .M DC1 + P .M DC2 + P .M DW ) Trong đó: : Hệ số liên quan đến tính dẻo, tính d, và sự quan trọng trong khai thác xác định theo TCN 1.3.2 = i D R 0.95 Hệ số liên quan đến tính dẻo: D = 0,95 (theo TCN 1.3.3) Hệ số liên quan đến tính d: R = 0,95 (theo TCN 1.3.4) Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác: i = 1,05 (theo TCN 1.3.5) => = 0.95 p : Hệ số tĩnh tải (22TCN 272 - 05, Bảng 3.4.1-2) Loại tải trọng TTGH Cờng độ 1 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 3.2.1. Nôi lực mặt cắt a: Mômen tại mặt cắt a là mômen phần hẫng. Sơ đồ tính dạng công xon chiu uốn: SV: Trần Phúc Trung - 8 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép 1000 1300 Lớp phủ 1,665KN/m Lan can Bản mặt cầu 4,8KN/m Hình 4: Sơ đồ tính bản hẫng ( ) 3 ( ) 6 6 .1300.1300 .1000.1000 .1300.10 2.10 2.10 DC bmc DUW a p p p DC lancan g g M g = + + - Trong THGH Cờng độ1: 3 6 6 4,8.1300.1300.1, 25 1, 665.1000.1000.1,5 0,95 4,664.1300.1, 25.10 2.10 2.10 a M = + + = -13.203 (KNm) - Trong THGH Sử dụng: 3 6 6 4,8.1300.1300.1 1,665.1000.1000.1 0,95 4,664.1300.1.10 2.10 2.10 a M = + + = -10.404 (KNm) 3.2.2. Nội lực mặt cắt b: Hình 5: Đờng ảnh hởng tại mặt cắt b SV: Trần Phúc Trung - 9 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thiết kế môn học cầu bê tông cốt thép Để tạo ra ứng lực lớn nhất tĩnh tải, trên phần Đah dơng ta xếp tĩnh tải với hệ số >1, trên phần Đah âm ta xếp tĩnh tải với hệ số < 1. Cụ thể xếp nh sau: - + Bản mặt cầu Phủ Xếp tải lên phần Đah d ơng Phủ - Bmc + Xếp tải lên phần Đah âm Hình 6: Xếp tải lên đờng ảnh hờng mômen 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 Cờng độ 1, bằng 1 trong THGH Sử dụng. Với lớp phủ lấy hệ số p = 1,5 trong THGH Cờng độ 1, bằng 1 trong THGH SD - Trên phần Đah âm: Với bản mặt cầu lấy hệ số p = 0,9 trong THGH Cờng độ 1, p = 1 trong THGH Sử dụng. Với lớp phủ lấy hệ sô p = 0,65 trong THGH Cờng độ 1, bằng 1 trong THGH Sử dụng Sau khi giải sơ đồ bằng Sap 2000 kết quả mômen M b trong bảng dới đây: SV: Trần Phúc Trung - 10 - Lớp: Cầu Hầm - K43 [...]... theo THGH Cờng độ 1: + Không x t đến c t thép chịu nén (sẽ bố trí cho mômen dơng của bản m t cầu) + Mômen t nh toán cho mômen âm của bản m t cầu: Mu = 33,606 KNm + Ta chọn trớc số thanh rồi kiểm toán cờng độ SV: Trần Phúc Trung - 19 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép + Bố trí 6 thanh c t thép 19 2 => Diện t ch c t thép As = 6 3,1416.19 = 1701,172 (mm2) 4 dp = ts... lực c t tại gối SV: Trần Phúc Trung - 34 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép Làm t ng t nh trên, ta có bảng t ng k t sau: Mômen do t nh t i : L/2 TTGH Cờng độ 1 Dầm trong Dầm ngoài L/4 TTGH SD TTGH Cờng độ 1 4261,518 3342,838 4758,538 3740,454 0.8 TTGH SD TTGH Cờng độ 1 TTGH SD 3196,139 2506,632 501,041 392,951 3568,903 2804,844 559,478 439,7 Lực c t do t nh t i... 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 (5 thanh 16) Chỉ tiến hành kiểm toán + Mômen t nh toán cho mômen âm của bản m t cầu: Mu = 27,408 KNm Do mômen t nh toán Mu < Mômen t nh toán của mômen âm của bản m t cầu nên chắc chắn các kiểm toán trong kiểm toán về cờng dộ thoả mãn 3.5.4 Bố trí c t thép co ng t và nhi t độ: Theo TCN 5.10.8 c t thép cho các... phủ Bản m t cầu Lớp phủ Âm -4 ,123 -1 ,1813 -3 ,329 -1 ,16 Dơng 0,613 0,2035 0,913 0,1742 -3 ,35 -1 ,5276 -2 ,4223 -0 ,990 T ng nội lực -4 ,8772 -3 ,4212 3.2.4 Nội lực m t c t d: SV: Trần Phúc Trung - 11 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép Hình 8: Đờng ảnh hởng t i m t c t d Làm t ng t nh trên, ta có bảng k t quả sau: Phần Đah THGH Cờng độ 1 THGH Sử dụng Bản m t cầu Lớp... giữa các thanh c t thép: Theo Điều 5.10.3.2 trong bản cự ly giữa các c t thép không đợc v t quá 1.5 chiều dày cấu kiện hoặc 450mm Smax 1,5.200 = 300 (mm) SV: Trần Phúc Trung - 22 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép 3.5.3 Bố trí c t thép âm cho phần hẫng của bản m t cầu (cho 1m dài bmc) và kiểm toán theo THGH Cờng đô 1 Để thuận tiện cho thi công: Bố trí 2 m t phẳng... lực nên trong đồ án này chỉ kiểm toán n t đỗi với bản m t cầu theo TCN 5.7.3.4 Các cấu kiện phải đợc cấu t o sao cho ứng su t kéo trong c t thép ở trạng thái giới hạn sử dụng fsa không đợc v t quá SV: Trần Phúc Trung - 23 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép f s f sa = Z ( d c A) 1 / 3 0,6 f (TCN 5.7.3. 4-1 ) Trong đó: dc : Chiều cao phần bê t ng t nh t thớ ngoài... của 22TCN 27 2-0 5, giả thuy t tính t nh t i phân bố đều cho 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 đợc định nghĩa nh sau: T nh t i rải đều lên dầm chủ xu t hiện ở giai đoạn căng ứng su t trớc... các t i trọng: T hợp nội lực do các t i trọng cho bản m t cầu dới bảng sau: THGH M t c t a SV: Trần Phúc Trung b c - 17 - d e Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép Cờng độ1 -2 7,408 35,135 -3 3,606 28,302 -3 1,780 Sử dụng -1 7,655 20,201 -2 0,274 16,478 -1 8,797 Vậy nội lực để thi t k t bản m t cầu là: Mômen Dơng Âm Hẫng Cờng độ1 35,135 -3 3,606 -2 7,408 Sử dụng 20,201 -2 0,274... P : T i trọng trục xe (N) * T i trọng bộ hành: Theo Điều 3.6.1.5 lấy t i trọng ngời đi bộ 3.1 0-3 Mpa và phải t nh đồng thời cùng ho t tải xe thi t kế SV: Trần Phúc Trung - 13 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép 3.3.1 Nội lực do xe t I HL-93: Do xe t i và xe 2 trục có khoảng cách 2 trục theo chiều ngang cầu nh nhau (1800mm) nhng xe t i HL-93 có trục sau (145 KN)... 300 (mm) 3.5.2 Bố trí c t thép dơng cho bản m t cầu (cho 1 m t dài bmc) và kiểm toán theo THGH Cờng đô 1 + Không x t đến c t thép chịu nén (bố trí cho mômen âm của bản m t cầu) + Mômen t nh toán cho mômen dơng của bản m t cầu Mu = 35,135 KNm + Ta chọn trớc số thanh rồi kiểm toán cờng độ + Bố trí 5 thanh c t thép 19 2 => Diện t ch c t thép As = 5 3,1416.19 = 1417,644 (mm2) 4 dp = ts 25 - 45 28 0,05 = . hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép Phần I: Nhiệm vụ thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép Số liệu thi t kế Thi t kế Cầu Bê t ng C t thép DƯL nhịp giản đơn theo các điều kiện sau: - Loại dầm: . Phúc Trung - 7 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép Đối với t nh t i, ta t nh cho 1 m t dài bản m t cầu. Bản m t cầu dày 200mm, t nh t i rải đêu do TTBT bản. hởng t i m t c t b SV: Trần Phúc Trung - 9 - Lớp: Cầu Hầm - K43 Bộ môn cầu hầm Thi t kế môn học cầu bê t ng c t thép Để t o ra ứng lực lớn nh t tĩnh t i, trên phần Đah dơng ta xếp t nh t i với