Đồ án Thiết Kế Dầm I BTCT UST - 123doc

Lan can có mặt cắt ngang như hình vẽ trên, diện tích 326510mm2, trọng lượng lan can coi như một tải trọng tập trung 1.3 Tính toán nội lực bản mặt cầu Tính toán nội lực cho 1 mm bản theo

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU BTCT

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Đoàn Tùng

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Ngọc Tuyên MS: 9888.54

II Căn cứ thiết kế

1 Chiều cao dầm chủ [A5.14.2.2]

Chiều cao dầm chủ được xác định theo quy định về chiều cao tối thiểu như sau:

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

2

4 Chiều dày bản mặt cầu

Chiều dày bản mặt cầu được xác định theo [A2.52.6.3-1], với bản là bê tông cốt thép thiết kế cho dầm đơn giản : 3000

30

s

S

Trong đó S là khoảng cách giữa hai dầm chủ kề nhau tính bằng mm

III Sơ đồ tiết diện ngang

Từ những căn cứ trên, theo số liệu thiết kế ta chọn tiết diện chữ I đúc sẵn có kích thước như hình vẽ:

300

600 100100

1 Kiểm tra tiết diện với các yêu cầu cấu tạo :

- Chiều cao dầm chủ:

h = 2000mm >hmin  0.045*L= 0.045* 38000 = 1710 mm -> thỏa mãn

- Chiều dày: Cánh trên =200 mm > 50 mm

3 Chiều dày bản mặt cầu

Chiều dày bản mặt cầu được xác định theo :

-Trên mặt cầu bố trí 1 lớp phủ bê tông nhựa có chiều dày nhỏ nhất là

75mm, được bố trí sao cho tạo ra độ dốc ngang 2% sang hai bên lề đường

4 Dầm ngang

Với chiều dài nhịp 38m ta chọn 7 dầm ngang cách nhau 6.3m 2 dầm ngang

ở hai đầu cầu có chiều cao bằng chiều cao dầm chủ, dầm ngang giữa cầu có

chiều cao bằng 1.6m

SƠ BỘ MẶT CẮT NGANG CẦU

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

 Bª t«ng : 2400 kg/m3

 Líp phñ : 1875 kg/m3

PHẦN I: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 1.1 Chọn chiều dày bản

hmin =

30 3000

1.2 Trọng lượng các bộ phận 1Kg=9.81N

Lan can có mặt cắt ngang như hình vẽ trên, diện tích 326510mm2,

trọng lượng lan can coi như một tải trọng tập trung

1.3 Tính toán nội lực bản mặt cầu

Tính toán nội lực cho 1 mm bản theo phương dọc cầu

Dùng phương pháp dải bản Coi bản như một dầm liên tục kê trên các gối cứng là các dầm chủ Nội lực được tính bằng cách xếp tải lên các đường ảnh hưởng (dah) nội lực

+Sơ đồ: dầm liên tục kê trên gối cứng

+Tải trọng: Lớp phủ mặt cầu, lan can, hoạt tải

TA CÓ SƠ ĐỒ ĐƯỜNG ẢNH HƯỞNG

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

M300 = Wdw [(diện tích dah đoạn hẫng).L2+(diện tích dah không hẫng).S2

] = 1,38.10-3.[(0,135).5502 -0,1071 24002] = -794.96 Nmm/mm

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

8

1.3.4 Xác định nội lực do hoat tải gây ra:

Các tải trọng trục thiết kế là 145kN gồm 2 bánh xe và đặt cách nhau 1800mm theo phương ngang cầu Khi tính phần bản hẫng, tim bánh xe đặt cách mép lan can một đoạn là 300mm Khoảng cách từ bánh xe đến tim gối:

X = 1050-500-300 = 250 mm

Chiều rộng bản có hiệu của bản chịu tải trọng bánh xe của bản mặt cầu đổ tại chỗ

Khi tính bản hẫng SW = 1140+0,833.X =1348.25 mm

Khi tính mômen dương SW = 660+0,55.S =1980 mm

Khi tính mômen âm SW = 1220+0,25.S =1820 mm

a.Mô men âm tại tiết diện 200 do hoạt tải trên phần hẫng

Chiều rộng làm việc của dải bản: SW=1348.25 mm

b Mômen dương lớn nhất do hoạt tải tại vị trí 204

Chiều rông làm việc của dải bản: SW=1980 mm

+ Chất tải một làn xe: m=1,2

DAH M 204

1800 72.5 KN 72.5 KN 840

Chiều rông làm việc của dải bản SW=1820 mm

Chất tải một làn xe bất lợi hơn m=1.2

M300_LL =1,2.(-0,1007-0,0781).2400.72500

1820 = -20512.88 Nmm/mm

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

10

Ta có bảng sau:

1.3.5 Tổ hợp tải trọng

Trạng thái giới hạn cường độ I

Công thức tổng quát tính hiệu ứng do tải trọng gây ra

Tiết diện Mws Mlancan Mdw Mll

200 -2595.83 -6581.76 -208.73 -13195.81

204 816.81 -3238.23 510.95 19456.36

300 -2204.09 1777.08 -794.96 -20512.88

Kiểm tra diện tích cốt thép tối thiểu:

MinAS =

' 0

30

400

fc h

/mm < 0,8 mm2/mm => thỏa mãn

Kiểm tra lượng cốt thép lớn nhất được giới hạn theo yêu cầu về tính dẻo:

Với giả thiết phân bố ứng suất nén hình chữ nhật, chiều cao khối ứng suất hình chữ

' '

0,85[ 28 ] 28

ax(0,85 0, 05;0, 65)[ 28 ]

7

c c

Kiểm tra cường độ tiết diện TTGH I

Sức kháng uốn của tiết diện:

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

12

Vậy chọn N015 a225 (có As’

= 0.889 mm2/mm) Kiểm tra diện tích cốt thép tối thiểu:

MinAS =

' 0

30

400

fc h

/mm < 0.889 mm2/mm => thỏa mãn

Kiểm tra lượng cốt thép lớn nhất được giới hạn theo yêu cầu về tính dẻo:

Với giả thiết phân bố ứng suất nén hình chữ nhật, chiều cao khối ứng suất hình chữ nhật vùng nén

' '

0,85[ 28 ] 28

ax(0,85 0, 05; 0, 65)[ 28 ]

7

c c

Kiểm tra cường độ tiết diện TTGH I

Sức kháng uốn của tiết diện:

1.6 Kiểm tra nứt thớ dưới theo các trạng thái giới hạn sử dụng

Kiểm tra nứt tại tiết diện 204, momen tại tiết diện này tính theo TTGH sử dụng:

n = s

c

E E

Trong đó:

Môđul đàn hồi của bêtông: Ec=0,.043.Wc

1,5

f ' c

Tỉ trọng bêtông: Wc=2400 kg/m3; f’c=30 MPa

Môđul đàn hồi của bêtông: Ec=2,769.104 MPa

Môđul đàn hồi của thép: ES=200000 MPa

Vậy tỉ số môđul đàn hồi :

n =

b

s E

E

=7,22 Lấy n = 7

Giả thiết trục trục trung hoà nằm dưới cốt thép

chịu nén A’s thì chiều cao chịu nén là: x > 33 mm

Lấy tổng mômen tĩnh với trục trung hoà ta có:

Vậy giả thiết trục trung hoà đúng như đã giả thiết

Mômen quán tính của tiết diện đàn hồi chuyển đổi :

Icr =

3

3

b x

+ (n-1).A’s.(x-d’)2 + n.As.(d-x)2 = 111599.467 mm4

Ứng suất trong cốt thép chịu kéo As :

Từ hình vẽ ta thấy dc= min(33mm, 50mm), suy ra dc=33mm

A = diện tích bêtông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và được bao bởi các mặt của mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lượng các thanh hay sợi (mm2); nhằm mục đích tính toán, phải lấy chiều dày của lớp bêtông bảo vệ không lớn hơn 50 mm

33 x

nA S nA' S

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

1.7 Kiểm tra nứt thớ trên theo trạng thái giới hạn sử dụng

Kiểm tra nứt tại tiết diện 300, momen tại tiết diện này tính theo TTGH sử dụng:

M200 <M300 nên kiểm tra nứt cho tiết diện 300

Tiết diện bản bao gồm cốt thép và bêtông được đưa về tiết diện bêtông tương đương Diện tích cốt thép được chuyển thành tiết diện bêtông tương đương bằng cách nhân với tỉ số môđul đàn hồi n, có trọng tâm trùng với trọng tâm cốt thép

n = s

c

E E

Trong đó:

Môđul đàn hồi của bêtông: Ec=0,.043.Wc1,5 f ' c

Tỉ trọng bêtông: Wc=2400 kg/m3; f’c=30 MPa

Môđul đàn hồi của bêtông: Ec=2,769.104 MPa

Môđul đàn hồi của thép: ES=200000 MPa

Vậy tỉ số môđul đàn hồi :

n =

b

s E

E =7,22 Lấy n = 7

Tại vị trí 300, cốt thép phía dưới chịu nén, kí hiệu As’,

cốt thép phía trên chịu kéo kí hiệu As

chịu nén A’s thì chiều cao chịu nén là: x > 33 mm

Lấy tổng mômen tĩnh với trục trung hoà ta có:

Vậy giả thiết trục trung hoà đúng như đã giả thiết

Mômen quán tính của tiết diện đàn hồi chuyển đổi :

Icr =

3

3

b x

+ (n-1).A’s.(x-d’)2 + n.As.(d-x)2 = 122055,031 mm4

Ứng suất trong cốt thép chịu kéo As :

Từ hình vẽ ta thấy dc= min(33mm, 50mm), suy ra dc=33mm

A = diện tích bêtông có cùng trọng tâm với cốt thép chủ chịu kéo và được bao bởi các mặt của mặt cắt ngang và đường thẳng song song với trục trung hoà, chia cho số lượng các thanh hay sợi (mm2); nhằm mục đích tính toán, phải lấy chiều dày của lớp bêtông bảo vệ không lớn hơn 50 mm

Diện tích bêtông có cùng trọng tâm với cốt thép chịu kéo chính chia cho số thanh Dùng thanh số No.15 cách nhau từ tim đến tim là 225 mm

A = 2.33mm.225 mm = 14850 mm2

Z = thông số bề rộng vết nứt (N/mm) Lấy trong điều kiện môi trường khắc nghiệt thì Z = 23000 N/mm

Ta có:

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

1.10 Sơ hoạ cấu tạo thép bản (không thể hiện cốt thép dầm)

PHẦN II: THIẾT KẾ DẦM CHỦ

Số liệu ban đầu

2525

No10a175No15a250

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

Bê tông dầm : thường : fy = 400 Mpa

Khối lượng riêng của thép : Ws = 7850 3

m kg

Khối lượng riêng của bêtông : Wc = 2400

3

m kg

Khối lượng riêng của lớp phủ mặt cầu : Wfws = 1875 3

m kg

2.1 Lựa chọn tiết diện dầm chủ

+ kiểm tra tiết diện với các yều cầu cấu tạo

_ chiều cao dầm chủ : h = 1800 mm > hmin = 0.045 x 38000 =1710mm

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

20

Dầm trong : bi ≤ c

1 nhip c hieu 4

1 12.h

2 Khoang cach cac dam

s

ó b



bi = Min {

4

1.38000 ; 12.200 +

2

1.200 ; 2400 }

1 6.h

2 chieu rong ban hang

2

1.200 ; 1050 }

be = 2250 mm

*/ diện tích tiết diện dầm :

Dầm đơn giản dầm I : Ag = 580 000 mm2

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

*/ Mô men tĩnh đối với trục qua đáy dầm :

Với tiết diện nguyên:

*/Khoảng cách từ trục quán tính chính của tiết diện (trục O-O) đến đáy và

đỉnh của tiết diện :

Tiết diện nguyên : b

y =

c

xc A

c

y = hdc - b

c

y = 1800-1344.39 = 455.61 mm

*/ Tính mômen quán tính của tiết diện

Tiết diện nguyên :

Ig= 1

12.600.2503 + 806.122.600.250 + 1

12.200.13503 + 6.252.200.1350 + 1

12.800.2003+200.800.355,612+ 1

12.2400.2003+200.2400.555,612=4,83.1011m4

2.2 Tính toán nội lực

2.2.1 Đường ảnh hưởng nội lực trong dầm chủ

a) Đường ảnh hưởng mômen uốn

Đường ảnh hưởng mômen uốn tại tiết diện a trong dầm đơn giản:

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

Kiểm tra phạm vi áp dụng bảng tra sẵn hệ số phân phối ngang của AASHTO

1100mm S  4900mm S = 2400 mm (Thoả mãn) 110mm ts  300mm ts = 200 mm (Thoả mãn) 6m L  73m L = 38 m (Thoả mãn)

4Số dầm chủ Số dầm chủ = 7 (Thoả mãn)

Tính hệ số phân phối tải trọng cho dầm trong:

Với một làn xe chất tải, phân phối hoạt tải khi tính mômen dầm trong là:

MgSImômen =

0.1 0.4 0.3

3

g s

mgSImômen = 0,06 + ( 2400

4300)0.4 .( 2400

38000)0.3.(

11 3

5, 6.10 38000.200 )0.1 = 0.427

Với hai làn xe chất tải, phân phối hoạt tải khi tính mômen dầm trong là:

MgMImômen =

0.1 0.6 0.2

3

g s

5, 6.10 38000.200 )0.1 = 0.621

Tính hệ số phân phối ngang cho dầm biên:

Tính hệ số phân ngang của hoạt tải đối với mômen uốn:

Với 1 làn xe chất tải, hệ số phân phối hoạt tải khi tính mômen dầm biên dùng

phương pháp đòn bẩy:

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

e = 0.6

3000

e

d mm

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

Vậy : DC = 5.65+4.94+2,20+13.66=26.48kN/m

DW

- lớp phủ mặt cầu : 1875.9,81.10-9.75.(1050-500) = 0.76 kN/m

2.2.4 Tính toán nội lực không hệ số

Hoạt tải do xe ôtô thiết kế và quy tắc xếp tải theo TCN3.6.1.3

Hoạt tải xe HL93

IM = 25 %

Hệ số phân phối - mgcắt = 0,82

- mgmômen = 0,73

Tải trọng tác dụng lên dầm bao gồm:

-DC: Trọng lượng tĩnh tải của các bộ phận kết cấu và liên kết

-DW: Trọng lượng của các lớp mặt cầu và thiết bị

- Hoạt tải HL93: + Xe tải (Truck)

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

30

35KN145KN

145KN

110KN110KN

1.2m

4.3m4.3m

110KN 110KN

1.2m

4.3m 4.3m

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

145KN

110KN110KN

1.2m

4.3m4.3m

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

145KN

110KN 110KN

1.2m

4.3m 4.3m

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

36

35KN145KN

145KN

110KN110KN

1.2m

4.3m4.3m

MLL-105 = max(MTruck-105 ; MTandem-105) + MLn-105

Tương ứng với các tiết diện ta có bảng sau:

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

- Khối lượng riêng của thép: Ws = 7850 kg/m3

- Ứng suất trong thép khi kích:

- Môđul đàn hồi: Es = 200000 MPa

*/ Bêtông:

Tỷ trọng của bêtông: γc =24 kN/m3

Cường độ chịu nén của bêtông quy định ở 28 ngày tuổi, f’c = 55 MPa

Cường độ chịu nén của bêtông lúc căng cốt thép

c

f 

= 0,657 Cường độ chịu kéo khi uốn:

Dầm chữ I căng sau làm việc theo ba giai đoạn:

Giai đoạn 1 :tiết diện I có lỗ chịu tac dụng của :DC1 ,F

Giai đoạn 2: tiết diện không lỗ chịu tác dụng của DC2

Giai đoạn 3: tiết diện liên hợp chịu tác dụng của DW,P ,LL

Trị số nhỏ nhất của lực kéo Ft, đẻ đảm bảo ứng suất kéo thớ dưới không vượt quá giới hạn biểu diễn như sau:

Trong đó :A1 là diện tích của tiết diện chữ I có lỗ

giả thiết chọn 5lỗ mỗi lỗ có đường kính 60mm

vậy diện tích lỗ là :

2

3,14.60

4 = 2826 mm2 => A1 = 580.103 – 5.2826 = 565870 mm2

Trọng tâm các lố luồn cáp

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

M

f h=

6

13481.10 0,85.1860.0,9.1800= 5263,5 > 4621,87mm2

 trạng thái giới hạn cường độ I nguy hiểm

Ta dùng bó cáp tao 15.24 mỗi tao có tiết diện là 140 mm2

MẶT CẮT DẦU DẦM MẶT CẮT GIỮA NHỊP

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

42

Tính các đặc trưng hình học của dầm

Đăc trưng hình học của dầm tính theo các giai đoạn làm việc :

1.Giai đoạn 1: tiết diện I có lỗ

toàn bộ tiết diện kể cả cốt thép được đổi ra bê tong theo hệ số là :

:S3 = 200.2400.(880,12+200

2 ).1,0= 470,45.106 mm3khoảng cách giữa trục trung hoà của dầm không liên hợp và dầm liên hợp là:

c =

6 6

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

Đối với dầm I căng sau co hai loại mất mát ứng suất là:

mất mát ứng suất tức thời (Do biến dạng neo,do ma sát và do co nén đàn hồi )

và mất mát ứng suất theo thời gian (Do co ngót ,do từ biến ,do chùng nhão cốt thép)

Tổng mất mát ứng suất:

a.Mất mát do ma sát

fpF = fpi(1 - e-(Kx + ) )

fpi : ứng suất trong thép ứng suất trước khi kích.fpi = 0,78fpu= 1450 Mpa

x : chiều dài bó thép ứng suất trước từ đầu kích đến điểm đang xét

* Xác định ()

Xét tại mặt cắt 1-1 bất kỳ thì  chính là giá trị được tính bằng hiệu của 0 và1

Víi 0 , 1 là góc hợp bởi đường tiếp tuyến với đường cong cáp và phương ngang tại mặt cắt đầu dầm và mặt cắt 1 – 1

Từ phương trình đường cong parabol

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

Trong đó A : độ tụt neo tại mỗi neo, lấy A=3mm/1neo

L : Chiều dài mỗi bó cáp tính từ các đầu neo

Ep : Môdun đàn hồi của cáp DƯL Ep =19700MPa

 p. cgp

ci

E f E

N là số cốt thộp cú đăc trưng giống nhau.N =6

Ep=197000 MPa

Eci=4800 55= 35597.8 MPa

fcgp - tổng ứng suất bờtụng tại trọng tõm của Aps(cốt thộp kộo trước) gõy ra do lực Fi (lực căng trước) và Mdg (mụmen do trọng lượng bản thõn) tại giữa nhịp:

Nhóm 10: Nguyễn Ngọc Tuyên - Đinh Tiến Vị - Phùng Minh Vũ

fcgp - ứng suất bê tong tại trọng tâm của Aps khi truyền lực nén,

fcdp- độ thay đổi ứng suất trong bê tông tại trọng tâm cua Aps do tải trọng tĩnh ,

trừ tải trọng sau khi tác dụng Fi , tức là trừ đi Mdg

Trong đó:f pR1-mất mát di chung cốt thép khi truyền ,f pR1=0 Mpa do căng sau

pR2-mất mát sau khi căng cốt thép