Xemtailieu Tải về Thiết kế cầu dầm thép bêtông liên hợp
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CẦU DẦM THÉP BÊTÔNG LIÊN HỢP Số hiệu đầu vào: Nhịp tính toán : Số dầm : Khoảng cách giữa các dầm : Tổng bề rộng cầu: Bề rộng phần xe chạy: Bề rộng lan can: Ltt=39.5m n:=6 S:=2.3m B:=14m Bxc:=13m Blc:=2x0.5m Mặt cắt ngang cầu 14000 13000 2% 1250 2300 2% 2300 2300 chiều dày lớp phủ mặt cầu:75mm Vật liệu : Bê tông dầm f’ c:=30 Mpa Thép fy:=400Mpa Trọng lượng riêng: Bê tông:2400kg/m3 Lớp phủ:2250kg/m3 NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 2300 2300 1250 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM Chi tiết lan can 255 900 482 270 163 Di?n Tích 326510 mm2 500 PHẦN I : THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU I.1 .Chọn chiều dày bản S:=2300 (mm) hmin:= S 3000 176.67 30 =>chọn chiều dày bản mặt cầu : hs=200(mm) > 175(mm) OK Vì bản hẫng của dầm ngoài phải thiết kế với tải trọng xe va vào lan can,nên chiều dày bản hẫng tăng thêm 25 mm để có ho=225mm I.2.Trọng lượng các bộ phận 1Kg=9.81N Lan can có mặt cắt ngang như hình vẽ trên,diện tích 326510 mm2,trọng lượng lan can coi như một tải trọng tập trung Pb=2400.10-9 x 9.81 x 326510 NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 Pb=7.687 ( N ) mm THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP N (kg/mm3) ( kg ) Lớp phủ mặt cầu dày 75mm BỘ M ÔN CẦU HẦM (mm2) WDW:=2250.10-9 x 9.81 x 75 WDW=1.655 x 10-3 ( N ) mm WS=4.709 x 10-3 ( Bản chịu lực dày 200 mm WS := 2400.10-9 x 9.81 x 200 N ) mm Bản hẫng dày 225 mm Wo:=2400.10-9x9.81x225 N mm Wo=5.3x10-3 I.3.Tính toán nội lực bản mặt cầu Tính toán nội lực cho 1mm bản theo phương dọc cầu.Bản mặt cầu được xem như các dải bản nằm vuông góc với dầm chủ. Tính toán bản mặt 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.Trong đồ án này,do mặt cắt ngang cầu có 6 dầm nên có thể sử dụng tung độ dah trong phụ lục A-“Cầu BTCT trên đường ôtô”.Lê Đình Tâm_2005.Dạng đah môment tại các tiết diện 200,204,205,300 và đường ảnh hưởng lực cắt tại gối 200 như trang sau.Trong ví dụ này chỉ tính nội lực cho tiết diện 200,204,300. Sơ đồ :dầm liên tục kê trên các gối cứng Tải trọng:Lớp phủ mặt cầu,lan can,hoạt tải Sơ đồ tính toán nội lực bản mặt cầu 100 800 200 1250 300 2300 500 400 2300 2300 600 2300 700 2300 1250 I.3.1.Do trọng lượng bản thân bản: S=2300 mm ; h=200 mm WS=4.709 x 10-3 N mm Mômen dương và âm tại giữa nhịp và gối của dầm liên tục có thể lấy: M= WS .S 2 12 M=2111,59 Nmm mm Việc xếp tĩnh tải mặt cầu và sự phân bố mômen âm và dương trên dải bản rộng 1mm rộng thể hiện trên hình vẽ NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM Ws C B A 1250 D 2300 2300 truc doi xung 1150 Ws Ws M300 M204 B B A S=2300 920 Các đường ảnh hưởng của bản mặt cầu cho trong bản A1,phụ lục A. Đối với tải trọng phân bố đều,các diện tích trong bảng nhân với S để tính lực cắt và S2 để tính mômen. R200_WS:= Wsx diện tích thực không có đoạn hẫng x S R200_WS= 4,709.10-3 x(0.3928)x2300 R200_WS= 4,25 N mm M204-WS:=Ws x diện tích thực không có đoạn hẫng x S2 M204-WS:= 4.709.10-3 x(0.0772) x 23002 M204_WS=1923,10 Nmm mm M300_WS:=WSx diện tích thực không có đoạn hẫng x S2 M300_WS=4,709.10-3 x (-0.1071) x 23002 M300_WS=-2667,93 I.3.2.Do bản hẫng ho=225 mm, WO= 5,3 .10-3 N mm L=1250mm Việc đặt tĩnh tải lên bản hẫng thể hiện trên hình vẽ NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 Nmm mm THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM Wo A C B 1250 D 2300 2300 truc doi xung 1150 Theo bảng A1 phản lực của dầm T ngoài và momen là: R200=Wo.(diện tích ĐAH đoạn hẫng).L L S R200-Wo=5,3.10-3.(1+0.635 )L L2 M200=-Wo 2 R200_Wo=8,91 N mm Nmm mm M200_Wo=-4140,63 M204=Wo.(diện tích ĐAH đoạn hẫng).L2 M204-Wo=5,3.10-3.(-0.2460).12502 Nmm mm M204_Wo=-2037,2 M300=Wo.(diện tích ĐAH đoạn hẫng).L2 M300-Wo=5,3.10-3.(0.1350)12502 I.3.3.Do lan can(barrier): M300-Wo=1117,97 Nmm mm tác dụng lên sơ đồ dầm liên tục Tải trọng lan can coi như một lực tập trung có giá trị Pb=7.687 N đặt tại trọng mm tâm của lam can.Xếp tải lên đah để tìm tung độ đah tương ứng.Tra bảng với: L:=1250-193=1057(mm) R200=Pb * tung độ đah L S R200-b:=Pb * (1+1,270. ) R200_b=12.17 N mm M200=Pb* tung độ đah * L M200-b=Pb* (-1.000)L M200-b=- 8125.16 Nmm mm M204=Pb* tung độ đah * L M204-b:=Pb*(-0.4920)*L M204-b=-5699,5 Nmm mm M300-b=2193.8 Nmm mm M300=Pb* tung độ đah * L M300-b:=Pb*(0.27)*L NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM 482 270 193 1057 900 193 100 300 255 200 2300 400 2300 1150 163 390 1250 500 I.3.4.Do lớp phủ mặt đường dày 75mm(Dead load of Wearing) 13000 500 750 WDW 100 800 200 1250 300 500 400 2300 2300 2300 600 2300 700 2300 WDW=1.655 x 10-3 Dùng bảng tra với L:=1250-500=750(mm) R200=WDW*[(diện tích đah đoạn hẫng)*L+(diện tích đah không hẫng)*S] L S R200-DW:=WDW*[(1,0+0.635 )*L+(0.3928)*S] R200-DW=2,99 N mm M200= WDW*(diện tích đah đoạn hẫng)*L2 M200-DW:=WDW*(-0.500)*L2 M200-DW= -465,5 Nmm mm M204=WDW*[(diện tích đah đoạn hẫng)*L2+(diện tích đah không hẫng)*S2] M204-DW:=WDW*[(-0.2460)*L2+(0.0772)*S2] M204-DW=446,87 Nmm mm M300=WDW*[(diện tích đah đoạn hẫng)*L2+(diện tích đah không hẫng)*S2] M300-DW:=WDW*[(-0.135)*L2+(-0.1071)*S2] M300-DW= -1063,33 Nmm mm I.3.5.Xác định nội lực do hoạt tải NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 1250 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM Các tải trọng trục thiết kế là 145kN gồm 2 bánh xe và đặt cách nhau 1800mm theo phương ngang cầu.Tim bánh xe cách 1 khoảng tối thiểu 600 mm từ mép làn thiết kế.Khi tính phần bản hẫng,tim bánh xe có thể đặt cách mép lan can một đoạn là 300mm.Khoảng cách từ bánh xe đến tim gối: X:=450 mm Chiều rộng có hiệu của bản chịu tải trọng bánh xe của bản mặt cầu đỗ tại chỗ Khi tính bản hẫng SW:=1140+0.833 X SW=1515 mm Khi tính mômen dương SW:=660+0.55 S SW=1925 mm Khi tính mômen âm SW:=1220+0.25 S SW=1795 mm Số làn xe thiết kế = phần nguyên(bề rộng phần xe chạy/3500 mm) NL:= [ 12000 ]=3, vậy số làn NL=3 3500 Hệ số làn m=1.2 cho một làn xe m=1 cho hai làn xe m=0.85 cho ba làn xe a.Mômen âm tại tiết diện 200 do hoạt tải trên phần hẫng Chiều rộng làm việc của dải bản SW=1515 mm Chỉ xếp một làn xe m=1.2 M200-LL:=500 1, 2*72500* 450 1515 M200-LL=-25841,6 Nmm mm 300 450 72.5 kN 72.5 kN 1800 DAH M200 100 200 300 400 500 b.Mômen dương lớn nhất do hoạt tải tại vị trí 204 Chiều rộng làm việc của dải bản SW=1925 mm Chất tải một làn xe: Hệ số làn xe : m:=1.2 NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 600 700 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP M204_LL_1:=1.2(0,2040-0,0237).2300. M204-LL-1=18741,83 BỘ M ÔN CẦU HẦM 72500 1925 Nmm mm Chất tải cho 2 làn xe. Hệ số làn xe: m:=1 M204_LL_2:=1.(0,2040-0,0237+0,0086-0,0019).2300. NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 72500 1925 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP M204-LL-1=16198,57 BỘ M ÔN CẦU HẦM Nmm mm M204-LL :=max(M204-LL-1 , M204-LL-2) M204-LL=18741,83 Nmm mm =>vậy trường hợp một làn xe khống chế c.Mômen âm lớn nhất tại gối 300 trong do hoạt tải Chiều rộng làm việc của dải bản SW= 1795 mm Chất tải 1 làn xe bất lợi hơn: Hệ số làn xe : m=1,2 M300-LL:=1,2.(-0,1022-0,0787).2300. M300-LL:=-20166,07 72500 1795 Nmm mm Tổng hợp số liệu: -Do trọng lượng bản thân bản N mm R200_WS= 4,25 M200_WS= 0 Nmm mm M204_WS= 1923,10 M300_WS= - 2667,92 - Do lan can R200_b= 12,17 M200-b= - 8125,16 Nmm mm Nmm mm M204-b= -5699,5 M300-b= 2193.8 N mm Nmm mm Nmm mm Nmm mm -Do bản hẫng R200_Wo= 8,91 M200_Wo= -4140,63 N mm Nmm mm -Do lớp phủ mặt đường NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 M204_Wo= -2037,2 M300-Wo=1117,97 Nmm mm Nmm mm THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM N mm Nmm mm Nmm mm Nmm mm R200-DW=2,99 M200-DW= -465,5 M204-DW= 446,87 M300-DW= -1063,33 -Do hoạt tải Nmm mm Nmm M204-LL=18741,83 mm Nmm M300-LL:=-20166,07 mm M200-LL=-25841,6 I.3.6.Tổ hợp tải trọng Công thức tổng quát tính hiệu ứng do tải trọng gây ra Ru= . i .Qi Trạng thái giới hạn cường độ 1 :=1 DC :=1.25 DW :=1.5 LL :=1.75 IM:=25% Mômen âm tại gối 200 M200:= . [1.25(M200_Wo+ M200-b)+1.5.M200-DW +1.75(1+IM)M200-LL] M200=- 72558.99 Nmm mm Hay M200=-72.56 kNm m Mômen dương tại vị trí 204:do trọng lượng bản thân của bản hẫng và trọng lượng lan can gây ra momen âm làm giảm hiệu ứng bất lợi của momen dương tại vị trí 204 nên lấy với hệ số 0.9 M204:= .[1,25.(M204_Ws)+0.9(M204-Wo+M204-b)+1.5.M204-DW +1.75(1+IM)M204-LL] M204=35740,35 Nmm mm Hay M204=35,74 kNm m Mômen âm tại vị trí 300: do trọng lượng lan can và bản hẫng gây ra mômen dương làm giảm hiệu ứng bất lợi của mômen âm tại vị trí 300 nên lấy với hệ số 0.9 M300:= .[(1.25M300-WS +0.9(M300_Wo+M300-b)+1.5.M300-DW +1.75(1+IM)M300-LL] M300= -46062,59 Nmm mm Hay M300=-46,06 kNm m I.4.Tính toán cốt thép chịu mômen dương-Kiểm tra TTGH cường độ I.4.1.Bố trí cốt thép Gỉa thiết sử dụng thép số No.15 db:= 16mm Ab:=200 mm2 fy=400Mpa fc’=30MPa Chiều cao có hiệu của bản bê tông khi uốn dương và âm lấy khác nhau vì các lớp bảo vệ trên và dưới khác nhau. Lớp bảo vệ Mặt cầu bê tông trần chịu hao mòn :60mm NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM Đáy bản bê tông đổ tại chổ :25mm chiều cao có hiệu của bản mặt cầu chiều cao có hiệu của bản tại tiết diện giữa nhịp chịu mômen dương: ddương:= 200mm -25mm- db 2 ddương=167mm :=0.9 Hệ số kháng uốn Momen dương lớn nhất(TTGH cường độ I): Mu:=M204 Mu=35,74 kNm m Khoảng cách từ trọng tâm miền chịu nén của bê tông đến trọng tâm cốt thép chịu kéo trong bê tông thường(lấy gần đúng): Jd:=0.9ddương jd=150,3 mm Sơ bộ chọn diện tích cốt thép chịu kéo Mu AS:= f y . jd AS=0.661 ( mm2 ) mm Tra phụ lục B,bảng B4,’Cầu BTCT trên đường ôtô’Lê Đình Tâm,chọn No.15@300mm Diện tích cốt thép thực: AS:= Ab 300mm As=0.667 ( mm2 ) mm Kiểm tra diện tích cốt thép tối thiểu yêu cầu trên một đơn vị chiểu rộng bản: f 'c minAS:=0.03 f (1)ddương y AS=0.667 ( mm2 mm2 ) > minAS=0.37575( ) mm mm NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 OK THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM Kiểm tra lượng cốt thép lớn nhất được giới hạn theo yêu cầu về tính dẻo Với giả thiết phân bố ứng suất nén theo hình chữ nhật.Chiều cao khối ứng suất hình chữ nhật vùng nén: a:= AS . f y 0.85. f c '.1 a=10,46 mm Hệ số quy đổi ứng suất 1 := 0.85 Nếu fc’ 28Mpa f c ' 28MPa *0.05 Nếu 28 fc’ 56Mpa 7 MPa 0.65 Nếu fc’ 56 Mpa fc’=30Mpa => 1 =0,836 a Ta có: c:= . c =12,51mm 1 c 12,51 Vậy d = =0,075 0,42 167 duong 0.85- OK I.4.2.Kiểm tra cường độ tiết diện(TTGH cường độ I) Sức kháng uốn của tiết diện a .M n : = .AS.fy.(ddương- ) 2 kNm kNm .M n =38,84 ( ) > M204=35,74 ( ) m m OK I.5.Tính toán cốt thép chịu momen âm-Kiểm tra TTGH cường độ 1 a.Tính cho bản hẫng I.5.1.Bố trí cốt thép Gỉa thiết sử dụng thép số No.15 db:= 16mm Ab:=200 mm2 fy=400Mpa fc’=30Mpa NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM Chiều cao có hiệu của bản mặt cầu Chiều cao có hiệu của bản tại tiết diện giữa nhịp chịu momen âm. dam := 225mm-60mm- db 2 :=0.9 dam=157mm Hệ số kháng uốn Momen âm lớn nhất(TTGH cường độ I): Mu:=M200 Mu=-72.56 kNm m Khoảng cách từ trọng tâm miền chịu nén của bê tông đến trọng tâm cốt thép chịu kéo trong bê tông thường(lấy gần đúng): jd:=0.9dam jd=141.3 mm Sơ bộ chọn diện tích cốt thép chịu kéo Mu AS:= f y . jd AS=1.43 ( mm2 ) mm Tra phụ lục B,bảng B4,’Cầu BTCT trên đường ôtô’Lê Đình Tâm,chọn No.20@200mm Diện tích cốt thép thực: AS’:= Ab 200mm As’=1.5 ( mm2 ) mm Kiểm tra diện tích cốt thép tối thiểu yêu cầu trên một đơn vị chiểu rộng bản: f 'c minAS:=0.03 f (1)dam y NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP AS=1.5 ( BỘ M ÔN CẦU HẦM mm2 mm2 ) > minAS=0.35325( ) mm mm OK Kiểm tra lượng cốt thép lớn nhất được giới hạn theo yêu cầu về tính dẻo Với giả thiết phân bố ứng suất nén theo hình chữ nhật.Chiều cao khối ứng suất hình chữ nhật vùng nén: a:= AS . f y 0.85. f c '.1 a=23.53 mm Hệ số quy đổi ứng suất 1 := 0.85 Nếu fc’ 28Mpa f c ' 28MPa *0.05 Nếu 28 fc’ 56Mpa 7 MPa 0.65 Nếu fc’ 56 Mpa fc’=30Mpa => 1 =0.836 a Ta có: c:= . c =28.15mm 1 c 28.15 Vậy d = =0.18 0.42 157 am 0.85- OK I.4.2.Kiểm tra cường độ tiết diện(TTGH cường độ I) Sức kháng uốn của tiết diện a .M n : = .AS.fy.(dam- ) 2 kNm kNm .M n =78.43 ( ) > M200=74,56( ) m m b.Tính cho bản trong I.5.1.Bố trí cốt thép Gỉa thiết sử dụng thép số No.15 db:= 16mm Ab:=200 mm2 fy=400Mpa NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 OK fc’=30Mpa THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM Chiều cao có hiệu của bản mặt cầu Chiều cao có hiệu của bản tại tiết diện giữa nhịp chịu momen âm. dam := 200mm-60mm- db 2 :=0,9 dam=132mm Hệ số kháng uốn Momen âm lớn nhất(TTGH cường độ I): Mu:=M200 Mu=-46,06 kNm m Khoảng cách từ trọng tâm miền chịu nén của bê tông đến trọng tâm cốt thép chịu kéo trong bê tông thường(lấy gần đúng): jd:=0.9dam jd=118.8 mm Sơ bộ chọn diện tích cốt thép chịu kéo Mu AS:= f y . jd AS=1,077( mm2 ) mm Tra phụ lục B,bảng B4,’Cầu BTCT trên đường ôtô’Lê Đình Tâm,chọn No.15@200mm Diện tích cốt thép thực: AS’:= Ab 200mm As’=1.000 ( mm2 ) mm Kiểm tra diện tích cốt thép tối thiểu yêu cầu trên một đơn vị chiểu rộng bản: f 'c minAS:=0.03 f (1)dam y NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP AS=1.00 ( BỘ M ÔN CẦU HẦM mm2 mm2 ) > minAS=0.297( ) mm mm OK Kiểm tra lượng cốt thép lớn nhất được giới hạn theo yêu cầu về tính dẻo Với giả thiết phân bố ứng suất nén theo hình chữ nhật.Chiều cao khối ứng suất hình chữ nhật vùng nén: a:= AS . f y a=15.69 mm 0.85. f c '.1 Hệ số quy đổi ứng suất 1 := 0.85 Nếu fc’ 28Mpa f c ' 28MPa *0.05 Nếu 28 fc’ 56Mpa 7 MPa 0.65 Nếu fc’ 56 Mpa fc’=30Mpa => 1 =0.836 a Ta có: c:= . c =18.77 mm 1 c 18.77 Vậy d = =0.14 0.42 132 am 0.85- OK I.4.2.Kiểm tra cường độ tiết diện(TTGH cường độ I) Sức kháng uốn của tiết diện a .M n : = .AS.fy.(dam- ) 2 kNm kNm .M n =55.18 ( ) > M204=46,06 ( ) m m OK I.6 Kiểm tra nứt thớ dưới theo các trạng thái giới hạn sử dụng =1 i =1 cho cả tĩnh tải và hoạt tải IM=25% Kiểm tra nứt tại tiết diện 204,momen tại tiết diện này tính theo TTGH sử dụng: M204:= [1.(M204_WS +M204_b+M204_Wo) + 1(M204_DW) + 1(1+IM)M204_LL] M204=18060,56 Nmm mm Tiết diện bản bao gồm cốt thép và bê tông được đưa về tiết diện bêtông tương đương.Diện tích cốt thép được chuyển đổi thành diện tích bêtông tương đương bằng cách nhân với tỉ số modul đàn hồi n,có trọng tâm trùng với trọng tâm cốt thép ES n:= E b Trong đó NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CẦU THÉP BỘ M ÔN CẦU HẦM Modul đàn hồi của bêtông: Ec:=0.043. Wc1,5 . f c ' Tỷ trọng của bêtông: Wc:=2400 kg m3 fc’=30MPa Ec=2.769x104 Mpa Modul đàn hồi của thép : Es :=200000Mpa Tỉ số modul đàn hồi : ES n := E b n=7.222 Lấy n=7 Tiết diện bản Tiết diện bêtông tương đương Vì lớp bê tông bảo vệ phía trên bản mặt cấu khá lớn(60mm)nên giả thiết trục trung hòa nằm trên cốt thép chịu nén As’,chiều cao miền chịu nén là: x 33mm NguyÔn sinh Hïng_49CĐ5_mssv:651749 Tải về bản full