TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BỘ MÔN CẦU VÀ CÔNG TRÌNH NGẦM ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ XÂY DỰNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP _ NHÓM: 08 SINH VIÊN THỰC HIỆN: HOÀNG ANH DŨNG 1507661 61CD3 TRẦN TIẾN TÙNG 261361 61CD3 LƯƠNG VĂN HUY HOÀNG 94861 61CD3 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS KHÚC ĐĂNG TÙNG Hà Nội, 01/09/2021 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CẦU BÊ TƠNG CỐT THÉP MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG SỐ LIỆU THIẾT KẾ, LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC SƠ BỘ 1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 Hoạt tải thiết kế HL93 Chiều dài nhịp: Ltt = 26.6m Khổ cầu: 11.8m 1.1.2 Vật liệu 1.1.2.1 Bê tông a) Bê tơng dầm − Trọng lượng đơn vị tính tốn: 25(KN/m3) − Cường độ nén mẫu bê tông tiêu chuẩn hình trụ (28 ngày): = 40 (Mpa) − Cường độ nén quy định bê tông căng kéo: = 0,9 = 36 (Mpa) − Ứng suất tạm thời trước xảy mát: + Ứng suất nén: = 0,6 = 21,6 (Mpa) + Ứng suất kéo: = 0,58 = 3,5 (Mpa) − Mô đun đàn hồi bê tông dầm: Ec = 0,043 = 32000 (Mpa) b) Bê tông mặt cầu − Trọng lượng đơn vị tính tốn: 25(KN/m3) − Cường độ nén mẫu bê tơng tiêu chuẩn hình trụ (28 ngày) = 40 (Mpa) = 0,85 = − Ứng suất nén cho phép: =0,45 =18 (Mpa) − Mô đun đàn hồi bê tông mặt cầu: Ecs = 0,043 = 32000 (Mpa) − Hệ số tính đổi bê tơng dầm bê tơng: Cường độ bê tơng mẫu hình trụ 28 ngày tuổi sử dụng cho kết cấu BTCT sau: Bảng 1-1 Cường độ bê tông phạm vi áp dụng Cấp bê tông Cường độ f’c (Mpa) Sử dụng C40 40 Dầm đơn giản BTCT DƯL tiết diện chữ I C40 40 Bản mặt cầu, dầm ngang, gờ lan can, độ 1.1.2.2 Cốt thép thường Cốt thép thường theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2008 “Thép cốt bê tông ” Bảng 1-2 Phân loại cốt thép thường Loại thép Cấp thép Giới hạn chảy nhỏ (Mpa) Giới hạn bền lớn (Mpa) Đường kính (mm) Thép có gờ CB400-V 400 570 ≥ 10 1.1.2.3 Cáp dự ứng lực Cáp dự ứng lực sử dụng loại tao 12.7mm (0.5’’) 15.2mm(0.6’’) gồm sợi, có độ chùng thấp theo tiêu chuẩn ASTM A416-90a, cấp 270  Giới hạn bền f pu = 1860 Mpa  Giới hạn chảy f py = 1670 Mpa  Môđun đàn hồi E = 197000 Mpa  Diện tích tao cáp 12.7mm Apsi= 98.7 mm²  Diện tích tao cáp 15.2mm Apsi= 140 mm²  Trọng lượng đơn vị tao cáp 12.7mm 0.755 kg/m  Trọng lượng đơn vị tao cáp 15.2mm 1.1 kg/m  Ứng suất cáp dự ứng lực kích f pj = 0.75 fpu  Đường kính ống ghen tra catalogue cáp dự ứng lực  Hệ số ma sát góc μ = 0.25/rad  Hệ số ma sát k= 0.001/m  Độ tụt neo 6mm 1.2 THIẾT KẾ MẶT CẮT NGANG Sinh viên phải vẽ mặt cắt ngang kết cấu nhịp xác định kích thước (Xem hình Hình 1-1) 1.2.1 Mặt cắt ngang kết cấu nhịp 11800 5400 5400 1370 500 2% 1100 2% 2400 2400 500 2400 2400 1100 Hình 1- Mặt cắt ngang cầu 1.2.2 Mặt cắt ngang dầm chủ 850 850 650 100 100 650 100 250 250 200 200 1400 640 716 110 120 80 34120 80 100 225 200 225 225 650 200 650 Hình 1-2 Mặt cắt ngang dầm 225 Kích thước dầm tổng hợp bảng sau: Bảng 1- Thống kê kích thước Kích thước bầu dầm Kích thước Kích thước sườn rộng Kích thước Bề rộng đáy dầm 650 m Bề rộng sườn 200 m Chiều cao cánh 250 m Chiều cao sườn 640 m Bề rộng phần dốc đáy dầm 225 m Bề rộng cánh 650 m Chiều cao nách 200 m Chiều cao cánh 80 m CHƯƠNG THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 2.1 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC BẢN MẶT CẦU 2.1.1 Cấu tạo mặt cầu đặc điểm cấu tạo 11800 10800 500 1370 500 1100 2400 2400 2400 2400 1100 Hình 2-3 Mặt cắt ngang dầm 2.1.1.1 Cấu tạo − Chiều dày bê tông cốt thép: − Chiều dày hẫng -chiều dày tăng lên để chống xe tơng vào lan can − Chiều dày lớp phịng nước (mm) − Chiều dày lớp áo đường bê tông asphalt 70 (mm) 2.1.1.2 Đặc điểm làm việc − Bản làm việc cục kê lên dầm ngang dầm chủ − Nhịp theo phương ngang cầu khoảng cách tim dầm cho S=2,5(m), tính tốn gần ta thiết kế kê cạnh làm việc theo phương ngang cầu, có nhịp S=2,5 m − Ta áp dụng phương pháp dải theo AASHTO để tính thiết kế mặt cầu 2.1.2 Trọng lượng phận 2.1.2.1 Lan can − Diện tích mặt cắt ngang là: 400500 (mm2) 50 150 740 300 1090 203 150 200 P 500 Hình 2-4 Mặt cắt ngang lan can − Trọng lượng lan can coi tải trọng tập trung, trọng tâm lan can cách mép 191mm: (2-1) 2.1.2.2 Lớp bê tông nhựa − Lớp phủ mặt cầu dày 74mm: (2-2) 2.1.2.3 Bản mặt cầu − Bản mặt cầu dày 200mm: (2-3) 2.1.2.4 Bản hẫng − Bản hẫng dày 225mm: (2-4) 2.1.3 Xác định nội lực tĩnh tải Bản mặt cầu xem dải nằm vuông góc với dầm chủ Momen dương lớn nằm khu vực hai dầm chủ Tương tự, momen âm lớn nằm đỉnh dầm Dải ngang coi liên tục nhiều nhịp, có nhịp khảng cách hai dầm chủ Dầm chủ coi tuyệt đối cứng Để xác định lực cắt momen uốn vị trí 10 (2-30) 2.1.4.2 Mômen âm lớn hoạt tải Chiều rộng làm việc dải bản: (2-31) Khi xếp xe Hệ số xe m = 1,2 Đặt hoạt tải để có mơmen âm lớn gối có xe hình vẽ Mơmen tiết diện M300: 1800 1150 2500 2500 2500 1150 Hình 2-15 Sơ đồ xếp xe lên đường ảnh hưởng M300 (2-32) 2.1.4.3 Mômen hoạt tải hẫng Đặt tải bánh xe hình vẽ 18 800 1800 1150 2500 2500 2500 1150 Hình 2-16 Sơ đồ xếp xe lên đường ảnh hưởng M200 Khoảng cách từ bánh xe đến tim gối là: (2-33) Chiều rộng làm việc dải bản: (2-34) Chỉ xếp xe, hệ số xe m=1,2 Mô men lớn tiết diện 200 hoạt tải: (2-35) 2.1.4.4 Phản lực lớn hoạt tải dầm 1800 1150 2500 2500 2500 1150 Hình 2-17 Đặt hoạt tải cho phản lực lớn dầm (2-36) 19 Tổ hợp nội lực − Công thức tổng quát: (2-37) Trong đó: - DC: nội lực trọng lượng thân kết cấu (không kể lớp phủ, lan can) - : hệ số tải trọng cho trọng lượng thân kết cấu - DW: nội lực lớp phủ - : hệ số tải trọng cho lớp phủ - LL: nội lực hoạt tải - : hệ số tải trọng cho hoạt tải - (1+IM): hệ số xung kích, với xe tải thiết kế IM = 0.25 - η = hệ số điều chỉnh tải trọng, Khi tính mặt cầu lấy sau: - cốt thép tính đến giới hạn chảy - với phần phía (làm việc dầm liên tục) với phần hẫng (khơng có tính dư) - cầu quan trọng Do vậy: - Hệ số điều chỉnh tải trọng phần phía cho TTGH-CĐ1: (2-38) - Hệ số điều chỉnh tải trọng phần hẫng cho TTGH-CĐ1: (2-39) - Hệ số điều chỉnh tải trọng cho TTGH-SD vị trí Bảng 2- Tổng kết nội lực Tải trọng R200 M200 M204 M300 Ws 4,9 2241,2 -3038,5 Wo 8,1 -3636,6 -1864,5 793,1 Wb 13,5 -5915,0 -4543,6 1722,6 WDW 2,8 -337,2 620,9 -925,3 Wxe 126,8 -21264 Trạng thái giới hạn cường độ I: 20 -21078,1 Ru200 = η{1, 25(R 200WS + R200 W + R200Wb ) + 1,5 R 200DW + 1, 75(1 + IM) R 200xe } (2-40) M u200 = η{1, 25( M 200WS + M 200 W + M 200Wb ) + 1, 5M 200DW + 1, 75(1 + IM) M 200xe } (2-41) M u204 = η{1, 25M 204WS + 0,9 × ( M 204 W + M 204Wb ) + 1,5M 204DW + 1, 75(1 + IM) M 204xe } (2-42) M u300 = η{1, 25M 300WS + 0,9 × ( M 300 W + M 300Wb ) + 1, 5M 300DW + 1, 75(1 + IM) M 300xe } (2-43) Trạng thái giới hạn sử dụng: (2-44) M sd200 = η{1× ( M 200WS + M 200 W + M 200Wb ) + × M 200DW + 1× (1 + IM) M 200xe } (2-45) M sd204 = η{1× ( M 204WS + M 204 W + M 204Wb ) + × M 204DW + 1× (1 + IM) M 204xe } (2-46) 21 M sd300 = η{1× ( M 300WS + M 300 W + M 300Wb ) + 1× M 300DW + 1× (1 + IM) M 300xe } (2-47) Bảng 2-4 Tổng kết nội lực TTGH1 TTSD Tải trọng R200 M200 M204 M300 TTGH1 299,0 -61908,3 35559,4 -40508,3 TTSD 187,8 -36468,8 19006,1 -27795,7 2.2 TÍNH VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP BẢN MẶT CẦU 210 30 d_am d_duong 25 Cường độ vật liệu fc’ = 40 Mpa fy = 400 Mpa Dùng cốt thép phủ epocxy cho mặt cầu lan can Hình 2- 18 Chiều cao có hiệu mặt cầu Chiều cao có hiệu bê tông uốn dương âm lấy khác lớp bảo vệ khác Lớp bảo vệ: - Lớp bảo vệ phía trên: 25 mm - Lớp bảo vệ phía dưới: 30 mm Giả thiết dùng N016, db=16mm, Ab= 210 mm2 d_duong= 210 – 30 – 16/2= 172 mm d_am= 210 – 25 –16/2= 177 mm Cần kiểm tra sức kháng mô men cốt thép chọn Cốt thép lớn bị giới hạn yêu cầu dẻo dai: Cốt thép nhỏ cốt thép thường thỏa mãn nếu: 22 Với tính chất vật liệu cho, diện tích nhỏ thép đơn vị chiều rộng là: Khoảng cách lớn cốt thép chủ [A5.10.3.2] 1.5 lần chiều dày 450mm với chiều dày 210mm: 2.2.1 Cốt thép chịu mô men dương − (Nmm/mm), d=172mm Khoảng cách từ trọng tâm miền chịu nén bê tông đến trọng tâm cốt thép chịu kéo bê tông (lấy gần đúng): Sơ chọn diện tích cốt thép chịu kéo: (2-48) Theo phụ lục B4 chọn có (2-49) − Kiểm tra độ dẻo dai: (2-50) Đạt cường độ dẻo dai − Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: (2-51) Đảm bảo hàm lượng cốt thép tối thiểu − Kiểm tra cường độ mômen: (2-52) Đối với thép ngang chịu mômemn dương dùng 2.2.2 Cốt thép chịu mô men âm − (Nmm/mm), d=177mm (2-53) Theo bảng B4 chọn có (2-54) − Kiểm tra độ dẻo dai: (2-55) Đạt cường độ dẻo dai − Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: (2-56) Đảm bảo hàm lượng cốt thép tối thiểu − Kiểm tra cường độ mômen: 23 (2-57) Đối với cốt thép ngang bên chịu mômen âm, dùng 2.2.3 Cốt thép phân bố Cốt thép phụ theo chiều dọc đặt dáy để phân bố tải trọng bánh xe dọc cầu đến cốt thép chịu lực theo phương ngang Diện tích yêu cầu tính theo % cốt thép chịu mơmen dương Đối với cơt thép đặt vng góc với hướng xe chạy: (2-58) Lấy 67% Trong Sc chiều dài có hiệu nhịp Đối với dầm I tồn khối Sc khoảng cách mặt vách, nghĩa Sc = 2500 850 = 1650 mm Bố trí As = 0,67 0,667 = 0,447 mm2 /mm Đối với cốt thép dọc bên dùng cho AS = 0,5mm2mm 2.2.4 Cốt thép chống co ngót nhiệt độ Lượng cốt thép tối thiểu cho phương là: (2-59) Trong đó: Ag diện tích tiết diện (với bản: Ag=b×hf) (2-60) Cốt thép phụ chọn lớn trị số này, nhiên dầy 150 mm cốt thép chống co ngót nhiệt độ phải bố trí hai mặt Khoảng cách lớn cốt thép lần chiều dày 450mm cốt dọc dùng 2.3 KIỂM TOÁN TIẾT DIỆN BẢN MẶT CẦU − Kiểm tra nứt BTCT cách kiểm tra ứng suất kéo cốt thép tác dụng tải trọng sử dụng fs nhỏ ứng suất kéo cho phép fsa: (2-61) Trong đó: Z = 23000N/mm tham số khống chế chiều rộng vết bứt điều kiện môi trường khắc nghiệt dc = khoảng cách từ thới chịu kéo xa đến tim cốt thép gần dc không vượt 50mm A = diện tích có hiệu bê tơng chịu kéo (lấy cho diện tích có trọng tâm với cốt thép chịu kéo Fsa = trị số ứng suất kéo cho phép để hạn chế vết nứt n = tỷ số mô đun đàn hồi thép bê tông 24 (2-62) Kiểm tra cốt thép chịu mơ men dương 210 172 38 34.6 2.3.1 Hình 2-19 Tiết diện nứt chịu momen dương − Để tính fs phải xác định đặc trưng hình học tiết diện + Nếu x