Thiết kế dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn

ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG I. GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ PHÖÔNG AÙN 1 TOÅNG CHIEÀU DAØI TOAØN CAÀU L = 2*24.54 m + 3*33m + 2*24.54m Phöông aùn thieát keá sô boä, ta thieát keá sô boä nhòp ñaëc tröng cho toaøn caàu theát keá nhòp giöõa vaø soá lieäu laáy theo nhòp ñaëc tröng I.1.SOÁ LIEÄU THIEÁT KEÁ Chieàu daøi nhòp: 33 (m) Chieàu daøi nhòp tính toaùn: 32.2 (m) Khoå laøn xe: 9 (m) Leà boä haønh: 1.5 (m) Khoå caàu: 12 (m) Taûi troïng: HL93 + ngöôøi ñi boä Maët caét daàm: I Taïo döï öùng löïc: Caêng Tröôùc Qui trình thieát keá: 22TCN-272-05 Boä giao thoâng vaän taûi I.2. Ñaëc tröng veà vaät lieäu: _ Choïn theùp döï öùng löïc( maùc 270 ): Tao theùp 7 sôïi vôùi ñöôøng kính: 15.2 mm Loaïi tao theùp DÖL : tao theùp ñaõ ñöôïc khöû öùng suaát 5.4.4.1 Dieän tích moät tao caùp: Aps1 = 0.00014 m2 Cöôøng ñoä chòu keùo tieâu chuaån: fpu = 1860 Mpa = 186000 Giôùi haïn chaûy cuûa theùp DÖL: fpy = 1581 Mpa = 158100 Giôùi haïn öùng suaát cho caùc boù theùp DÖL : 5.9.3-1 fpj = 1302 Mpa = 130200 Modul ñaøn hoài cuûa tao theùp DÖL: Ep = 197000 Mpa = _ Choïn theùp daàm chuû, daàm ngang (M270 caáp 345W) cöôøng ñoä giôùi haïn chaûy: 6.4.1.1 fy = 345 Mpa = 34500 Troïng löôïng rieâng cuûa theùp: γs = 7850 = 7.85 PHÖÔNG AÙN I THIEÁT KEÁ DAÀM I BTCT DÖÏ ÖÙNG LÖÏC NHÒP GIAÛN ÑÔN 19700000 2mT 3mkg 3mT 2mT 2mT 2mT 2mT SV:NGOÂ ANH TUAÁN 9 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG modul ñaøn hoài: Es = 200000 Mpa = 5.4.3.2 _ Theùp baûn maët caàu: Cöôøng ñoä giôùi haïn chaûy: fy = 420 Mpa = 42000 5.4.3.1 modul ñaøn hoài: Es = 200000 Mpa = 5.4.3.2 _ Beâtoâng ôû 28 ngaøy tuoåi: Cöôøng ñoä chòu neùn: f'c = 35 Mpa = 3500 5.4.2.1 Troïng löôïng rieâng cuûa beâtoâng: yc= 2400 = 2.4 modul ñaøn hoài: 29910.2 Mpa 5.4.2.3 _ Beâtoâng nhöïa: = 2991020 Troïng löôïng rieâng cuûa beâtoâng nhöïa: γf = 2250 = 2.25 3.5.1.1 Ñaëc tröng hình hoïc cuûa daàm: _ Tæ soá modul giöõa daàm vaø baûn maët: n = 1 , 3n = 3 6.10.3.1.1b _ Beà roäng baûn höõu hieäu: Maët caét cuûa daàm trong vaø daàm bieân ñöôïc choïn baèng nhau, do ñoù ta chæ tính ñaëc tröng cho moät daàm 8.05 m 2500 mm = 2.5 m 4.6.2.6.1 2 m Choïn : 2 m 20000000 20000000 2mT 2mT 2mT 2mT == '5.1043.0 ccc fyE =eb =≤ 4Lbe =+≤ tse btb 5.012 =≤ Sbe 3mkg 3mkg mkg mT 3mT 3mT 2mT SV:NGOÂ ANH TUAÁN 10 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG 2000 I.3.Choïn sô boä kích thöôùc chung cuûa lan can, LBH, baûn maët caàu vaø daàm chính: _ Daàm chuû: 6 (m) 2 (m) 1 (m) bt bt = 50 (cm) 12 tt = 16 (cm) Dw = 77 (cm) Dw tw h tw = 16 (cm) tb = 18 (cm) bb = 61 (cm) h = 140 (cm) bb Ñaây laø daàm I theo AASHTO ( daàm 2 ) vôùi caùc ñaëc tröng hình hoïc: A = 8744 cm2 I = 10852402 cm4 Baûng Khoaûng caùch töø troïng taâm daàm beâtong ñeán ñaùy daàm: (-7.1) tt tb 17 Soá löôïng n = Khoaûng caùch daàm S = Khoaûng haãng ngoaøi cuøng S h = SV:NGOÂ ANH TUAÁN 11 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG yb = 81.18 cm Daàm aùp duïng cho chieàu daøi nhòp : 33 m _ Daàm ngang: Chieàu cao daàm ngang: h1 = 122 (cm) Chieàu daøy daàm ngang: b1 = 20 (cm) Khoaûng caùch giöõa 2 daàm ngang L 1 = 644 (cm) Soá löôïng daàm ngang: 25 _ Baûn maët caàu: Lôùp beâtong baûn maët caàu daày : 18 (cm) Lôùp vöõa ximang caùt daày : 2 (cm) Lôùp betong nhöïa daày : 5 (cm) _ Lan can ngöôøi ñi boä: _ Boá trí chung ngang caàu: I.4.Kieåm tra ñieàu kieän veà chieàu cao keát caáu nhòp toái thieåu: ( ñieàu 2.5.2.6.3-1 ) Ñoái vôùi betong dö öùng löïc, daàm I thì chieàu cao toái thieåu(bao goàm caû maët caàu) cuûa keát caáu laø: hmin = 0.045L = 1.449 m Chieàu cao cuûa keát caáu thieát keá ( bao goàm caû maët caàu ): 6 0 0 6 1 0 300 1200 2 0 0 200 1 0 0 6 1 0 6 0 0 1000 2000 2000 2000 2000 2000 300120090001200300 SV:NGOÂ ANH TUAÁN 12 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG h = 1.6 m 32.2 m h > hmin, thoûa maõn ñieàu kieän veà chieàu cao keát caáu nhòp toái thieåu I. TÍNH TOAÙN LAN CAN: Caùc taûi troïng taùc duïng leân lan can ngöôøi ñi boä: w = 0.37 N/mm P = 890 N h = 1.21 m Chieàu daøi lan can tính toaùn: 1 m Xaùc ñònh moment taïi chaân lan can: TH1 : M1 = 447.7 Nm = 0.04477 Tm TH2 : M2 = 1524.6 Nm = 0.15246 Tm Moment gaây ra taïi chaân lan can Do M2 > M1 neân söû duïng moment ôû tröôøng hôïp 2 ñeå tính toaùn vaø boá trí coát theùp chòu löïc cho lan can Moment gaây do taûi troïng gaây ra taïi chan lan can quaù nhoû neân ta boá trí coát theùp caáu taïo cho lan can : Choïn theùp Φ12 vôùi dieän tích moät thanh laø: 1.13 cm2 Khoaûng caùch theùp: 400 cm Soá löông theùp trong moät meùt daøi: 3 thanh L : chieàu daøi nhòp tính toaùn = 6 1 0 6 0 0 5000 300 P W W W W 300 6 0 0 6 1 0 1 2 1 0 P 1 2 1 0 TH2TH1 SV:NGOÂ ANH TUAÁN 13 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG Dieän tích : 3.39 cm2 Haøm löông coát theùp: ρ = 0.00136 Kieåm tra cöôøng ñoä cho tieát dieän: Mn = 3.525429 Tm Φ.Mn = 3.17289 Tm Vaäy ta thaáy: Φ.Mn > Mu ( Mu = 0.15246 Tm ) Heä soá söû duïng trong toå hôïp taûi troïng: (theo baûng 3.4.1.1) 1.75 1 0.75 Heä soá ñieàu chænh taûi troïng (theo 1.3.2.1) µ :Heä soá ñieàu chænh taûi troïng µ ≥ 0.95 1 0.75 1 µ = µD.µR.µl 0.95 1 1 Heä soá quan troïng µl 1.05 1 1 1 Cöôøng ñoä Söû duïng Moûi Neo chòu caét φSC 0.85 Thoáng keâ heä soá ñieàu chænh taûi troïng Cöôøng ñoä I Söû duïng Moûi Thoáng keâ heä soá söùc khaùng 1.25 - 1.5 DW (Lôùp phuû,…) LL (Hoaït taûi xe) IM (löïc 1.75 Heä soá dö thöøa µR 1.95 1 1 Heä soá deûo µD 0.95 1 1 Goái φb Loaïi söùc khaùng 1 - Thoáng keä heä soá taûi troïng trong caùc toå hôïp Traïng thaùi giôùi haïn Heä soá taûi troïng DC (Baûn thaân kcaáu) Heä soá söùc khaùng φ Uoán φf 1 Caét φv 1 =      − ' 2 .7,1 . 1... c y y f f dbf ρρ SV:NGOÂ ANH TUAÁN 14 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG II. TÍNH TOAÙN BAÛN MAËT CAÀU: 1) Moâ hình tính toaùn cuûa baûn maêt caàu: Khoaûng caùch giöõa caùc daàm chuû: 2 m Khoaûng caùch giöõa caùc daàm ngang: 6.44 m Nhaän xeùt thaáy : Vaäy baûn laøm vieäc moät phöông ( laøm vieäc theo phöông cuûa caïnh ngaén ) 2) Xaùc ñònh chieàu daøi nhòp tính toaùn cuûa baûn maët caàu: Chieàu daøi nhòp tính toaùn cuûa baûn maët caàu ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: _ Baûn keâ treân daàm I : S = 2 m _ Baûn haãng : S = 1 m 3) Tính toaùn noäi löïc baûn haãng: Baûn ñöôïc coi nhu goàm caùc daûi baûn lieân tuïc ñöôïc keâ treân caùc goái cöùng tuyeät ñoái laø caùc daàm ñôõ Caét baûn thaønh töøng daûi coù beà roäng 1m ñeå tính toaùn, sô ñoà tính laø daàm giaûn ñôn vôùi chieàu daøi nhòp tính toaùn laø: S = 1 m _ Tónh taûi goàm: Troïng löôïng baûn thaân(löïc phaân boá) ø Troïng löôïng lan can (löïc taäp trung) Troïng löôïng baûn thaân baûn maët caàu: DC = 0.48 T/m Troïng löôïng lan can taùc duïng leân baûn maët caàu: P w P = 890 N w = 0.37 N/mm qp = 300 kg/m2 qp DW = 0.3135 T Sô ñoà tính toaùn cuûa baûn haãng: DW 1000 >1.5 3.22= ngan dai L L =1.. bmcbt hγ =++ 2 25,1.1. 1000. p q wP SV:NGOÂ ANH TUAÁN 15 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG DW DC 1000 Noäi löïc taïi ngaøm: DC DW DC DW 0.24 0.3135 0.48 0.3135 4) Tính toaùn noäi löïc baûn maët caàu: Ta coù theå xem nhö baûn maët caàu laø moät moâ hình daûi baûn ngaøm 2 ñaàu vaø tính theo PP gaàn ñuùng vôùi ñöôøng loái tính toaùn moment döông ôû maët caét giöõa nhòp cuûa moâ hình daûi baûn ñôn keâ treân 2 goái khôùp. Trò soà moment taïi maët caét giöõa nhòp cuûa 2 baûn ñaàu ngaøm xaùc ñònh theo coâng thöùc: moment do taûi troïng gay ra tai maët caét giöõa nhòp baûn giaûn ñôn k : heä soá ñieàu chænh laáy baèng 0.5 a) Tónh taûi: Goàm : Tónh taûi do troïng löôïng baûn thaân baûn maët caàu (DC) Tónh taûi cuûa lôùp phuû betong nhöïa (DW) DC DC = 0.48 T/m DW DW = 0.1125 T/m M ωm = 0.5 0.5 ωv = 1 Q 1 Moment tai giöõa nhòp: 2000 MDC = DC.ωm = 0.24 Tm MDW = DW.ωm = 0.05625 Tm Löïc caét tai goái töïa: VDC = DC.ωv = 0.48 T VDW = DW.ωv = 0.1125 T b) Hoaït taûi: Daûi baûn chòu löïc theo phöông ngang caàu, chieàu roäng daûi baûn töông ñöông theo phöông doïc caàu ñöôïc tính theo: M( Tm ) V ( T ) 0 5.05.0 . LL MkM = + :05.0 LM =mhbmcbt 1..γ =mh ff 1..γ SV:NGOÂ ANH TUAÁN 16 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG Moment döông: 1760 mm Moment aâm : 1720 mm LL PL 1 0.5 Ñoái vôùi xe taûi thieát keá: Tính toaùn moment döông: Hoaït taûi LL = 5.42016 T/m PTa : troïng löông moät baùnh xe taûi thieát keá = 7.25 T b : chieàu roäng tieáp xuùc baùnh xe = 0.51 m hf : chieàu daøy baûn maët caàu = 0.25 m M+LL = 1.74041 Tm ωmLL : dieän tích phaàn ñöôøng aûnh höôûng cuûa moment döôùi taùc duïng cuûa xe taûi thieát keá ωmLL = 0.3211 Tính toaùn moment aâm: Hoaït taûi LL = 5.54621 T/m M-LL = 1.78089 Tm Moment do taûi troïng laøn gaây ra : MPL = 0.155 Tm PL : hoat taûi laøn = 0.93/3 = 0.31 T/m Löïc caét taïi ngaøm do hoaït taûi vaø taûi troïng laøn gaây ra: VLL = 3.41424 T ωvLL : dieän tích phaàn ñöôøng aûnh höôûng cuûa löïc caét döôùi taùc duïng cuûa xe taûi thieát keá ωvLL = 0.6156 LL = 5.54621 T/m VPL = 0.31 T Ñoái vôùi xe 2 truïc: Tính toaùn moment döông: LL.ωVLL = 660 + 0.55S = 1220 + 0.25S = PL.ωV = LL.ωmLL = PL.ωm = LL.ωmLL = 0.62 0.345 = +E = −E ( ) =+ +Ehb PTr = + +Ehb P f Ta )( = + −Ehb P f Ta )( SV:NGOÂ ANH TUAÁN 17 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG Hoaït taûi LL = 4.11184 T/m PTa : troïng löông moät baùnh xe taûi thieát keá = 5.5 T b : chieàu roäng tieáp xuùc baùnh xe = 0.51 m hf : chieàu daøy baûn maët caàu = 0.25 m M+LL = 1.32031 Tm ωmLL : dieän tích phaàn ñöôøng aûnh höôûng cuûa moment döôùi taùc duïng cuûa xe taûi thieát keá ωmLL = 0.3211 Tính toaùn moment aâm: Hoaït taûi LL = 4.20747 T/m M-LL = 1.35102 Tm Moment do taûi troïng laøn gaây ra : MPL = 0.155 Tm PL : hoat taûi laøn = 0.93/3 = 0.31 T/m Löïc caét taïi ngaøm do hoaït taûi vaø taûi troïng laøn gaây ra: VLL = 2.59012 T ωvLL : dieän tích phaàn ñöôøng aûnh höôûng cuûa löïc caét döôùi taùc duïng cuûa xe taûi thieát keá ωvLL = 0.6156 LL = 4.20747 T/m VPL = 0.31 T c) Toå hôïp noäi löïc: Ñoái vôùi xe taûi thieát keá: Vaäy moment döông taïi maët caét giöõa nhòp daàm giaûn ñôn do tónh taûi vaø hoaït taûi gaây ra: η(γDC.MDC + γDW.MDW + m.γLL.(MLL+ IM.MLL) + m.MPL) = 4.88201 Tm µ : Heä soá ñieàu chænh taûi troïng = 0.95 γDC : heä soá taûi troïng cuûa baûn thaân keát caáu = 1.25 γDW : heä soá taûi troïng cuûa lôùp phuû = 1.5 m : Heä soá laøn chaát taûi = 1.2 γLL : heä soá taûi troïng cuûa hoaït taûi = 1.75 IM : heä soá xung kích = 0.25 Moment taïi maët caét giöõa nhòp khi xeùt tôùi hieäu öùng ngaøm taïi 2 ñaàu baûn: LL.ωVLL = LL.ωmLL = LL.ωmLL = PL.ωm = PL.ωV = ( ) =+ +Ehb P f Tr ( ) =+ −Ehb P f Tr = + 0M == ++ 02 .5,0 MM L SV:NGOÂ ANH TUAÁN 18 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG 2.441 Tm Vaäy moment aâm taïi maët caét taïi goái daàm giaûn ñôn do tónh taûi vaø hoaït taûi gaây ra: = η(γDC.MDC + γDW.MDW + m.γLL.(MLL+ IM.MLL) + m.MPL) = 4.98294 Tm Moment aâm taïi goái khi xeùt tôùi hieäu öùng ngaøm taïi 2 ñaàu baûn : 3.98635 Tm Löïc caét taïi maët caét taïi goái daàm do tónh taûi vaø hoaït taûi xe thieát keá gaây ra: V = η(γDC.VDC + γDW.VDW + m.γLL.(VLL+ IM.VLL) + m.VPL) = 9.59798 T Ñoái vôùi xe 2 truïc: Vaäy moment döông taïi maët caét giöõa nhòp daàm giaûn ñôn do tónh taûi vaø hoaït taûi gaây ra: η(γDC.MDC + γDW.MDW + m.γLL.(MLL+ IM.MLL) + m.MPL) = 3.46923 Tm µ : Heä soá ñieàu chænh taûi troïng = 0.95 γDC : heä soá taûi troïng cuûa baûn thaân keát caáu = 1.25 γDW : heä soá taûi troïng cuûa lôùp phuû = 1.5 m : Heä soá laøn chaát taûi = 1.2 γLL : heä soá taûi troïng cuûa hoaït taûi = 1.75 IM : heä soá xung kích = 0.25 Moment taïi maët caét giöõa nhòp khi xeùt tôùi hieäu öùng ngaøm taïi 2 ñaàu baûn: 1.73461 Tm Vaäy moment aâm taïi maët caét taïi goái daàm giaûn ñôn do tónh taûi vaø hoaït taûi gaây ra: = η(γDC.MDC + γDW.MDW + m.γLL.(MLL+ IM.MLL) + m.MPL) = 3.5458 Tm Moment aâm taïi goái khi xeùt tôùi hieäu öùng ngaøm taïi 2 ñaàu baûn : 2.83664 Tm Löïc caét taïi maët caét taïi goái daàm do tónh taûi vaø hoaït taûi xe 2 truïc gaây ra: V = η(γDC.VDC + γDW.VDW + m.γLL.(VLL+ IM.VLL) + m.VPL) = 6.8125 T V = 9.59798 T == ++ 02 .5,0 MM L − 0M == −− 0.8,0 MM goi = + 0M == ++ 02 .5,0 MM L − 0M == −− 0.8,0 MM goi SV:NGOÂ ANH TUAÁN 19 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG Töø caùc keát quaû treân ta löïa choïn noäi löïc do tónh taûi vaø xe taûi thieát keá gaây ra ñeå tính toaùn cho baûn maët caàu: M = 3.98635 Tm V = 9.59798 T c) Tính toaùn vaø boá trí coát theùp: Giaû thieát baûn maët caàu laø moät daàm betong coá theùp hình chöõ nhaät tieát dieän b = 1 m h = 0.2 m Haøm löôïng coát theùp giôùi haïn: β1 = 0.8 ρb = 0.0336 Haøm löôïng coát theùp min, max: ρmin= 14/fy = 0.00333 ρmax= 0.75ρb = 0.0252 Haøm löôïng coát theùp hôïp lyù: ρhl= 0.5ρmax = 0.0126 Tính laïi haøm löôïng coát theùp döïa vaøo tieát dieän caáu kieän: m = 14.1176 Rn = 110.732 T/m2 Φ = 0.9 ñoái vôùi caáu kieän chòu uoán Vaäy ρ = 0.00269 Kieåm tra thaáy: ρmin< ρ < ρmax Choïn dieän tích coát theùp: As = ρ.b.d = 0.00054 m2 = 5.374919 cm2 Choïn theùp Φ12 vôùi dieän tích moät thanh laø: 1.13 cm2 Soá löông theùp : 5 thanh Dieän tích : 5.65 cm2 ρb =         + yy c ff f 6120 612085,0 1 ' β =        − − 70 28005.085.0 ' cf         −−= y n f mR m 2111ρ = '85.0 c y f f =2bd M φ SV:NGOÂ ANH TUAÁN 20 MSSV:103105059 ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: NGUYEÃN TRÖÔØNG TRUNG Haøm löông coát theùp: ρ = 0.00283 Kieåm tra cöôøng ñoä cho tieát dieän: Mn = 4.651359 Tm Φ.Mn = 4.18622 Tm Vaäy ta thaáy: Φ.Mn > Mu ( Mu = 3.986354 Tm ) Boá trí coát theùp : Coát theùp choáng co ngoùt vaø nhieät ñoä: Dieän tích coát theùp trong moãi höôùng khoâng ñöôïc nhoû hôn: As ≥ 0,75Ag/fy Ag : dieän tích nguyeân maët caét = 200000 mm2 fy = 420 Mpa As ≥ 357.143 mm2 Tính khaû naêng chòu caét cuûa tieát dieän: [V] = 11.0039 T 3500 b = 1 m d = 0.2 m Φ[V] = 9.90352 9.597984 T Vaäy chæ boá trí coát theùp phaân boá cho tieát dieän theo qui ñònh baèng 67% löôïng ñai boá trí cho höôùng chòu löïc chính > so vôùi V = =      − ' 2 .7,1 . 1... c y y f f dbf ρρ = ' cf 2mT =dbf c ..93,0 ' 100 1000 200 50 100 50 100 200 200 200 200 SV:NGOÂ ANH TUAÁN 21 MSSV:103105059