Thiết kế bản mặt cầu Bình Ba

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT 1. Số liệu ban đầu Ltt = = - Khoảng cách giữa các dầm S = = - Khổ cầu K = = - Lề bộ hành rộng blbh= = - Chiều rộng gờ đỡ lan can blc = = - Chiều cao gờ đỡ lan can hglc= = - Chiều dày bản mặt cầu hS = = - Chiều rộng toàn cầu B = = - γbt = = - γlp = = 2. Tải trọng các bộ phận Theo dải bản ngang 1 mm. - Lan can. Pp = γcx F = 2500x10 -9x9.81x125000 = - Lớp áo đường dày 75 mm WDW= γlpx h = 2250x10 -9x9.81x75 = - Bản mặt cầu WS = γcx hS = 2500x10 -9x9.81x180 = - Lề bộ hành được chia làm hai phần bao gồm tải phân bố và tải tập trung Tải tập trung Ph1 = γcx F = 2500x10 -9x9.81x52500 = Tải phân bố Ph2 = γcx tb = 2500x10 -9x9.81x100 = 3. Tính nội lực do tĩnh tải gây ra bằng phương pháp dải bản tương đương 3.1. Do bản mặt cầu - Phía trong dầm biên 0.0024525 N/mm2 0.0044145 N/mm2 1.2875625 N/mm 2250 Kg/m3 2.2073E-05 N/mm3 2500 Kg/m3 N/mm32.4525E-05 N/mm3.066 0.00165544 N/mm2 11.5 m 11500 mm 0.18 m 180 mm 0.5 m 500 mm 0.25 m 250 mm 1.5 m 1500 mm 8 m mm32400 2000 8000 mm mm CHƯƠNG 10 . THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU m32.4 2 m 750 2000 2000 2000 2000 2000 750 18 0 11500 100 110=200 210=300 310=400 410=500VỊ TRÍ BẢN MẶT CẦU SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 91 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT = WSx(Diện tích thực không có đoạn hẫng)xS = 0.0044145x0.3928x2000 = = WSx(Diện tích thực không có đoạn hẫng)xS 2 = 0.0044145x0.0772x2000x2000 = = WSx(Diện tích thực không có đoạn hẫng)xS 2 = 0.0044145x(-0.1071)x2000x2000 = - Do bản hẫng = WSx(Diện tích đah đoạn hẫng)xLhẫng = 0.004415x(1+0.635L/S)xL = 0.0044145x(1+0.635x750/2000)x750 = = WSx(Diện tích đah đoạn hẫng)xL 2 hẫng = 0.0044145x(-0.5)x750x750 = = WSx(Diện tích đah đoạn hẫng)xL 2 hẫng = 0.0044145x(-0.24)x750x750 = = WSx(Diện tích đah đoạn hẫng)xL 2 hẫng = 0.0044145x0.135x750x750 = 3.2. Do lan can -595.958 N.mm/mm M300 335.226 N.mm/mm M200 -1241.578 N.mm/mm M204 -1891.172 N.mm/mm R200 4.099 N/mm M204 Nmm/mm M300 1363.198 R200 N/mm3.468 2000 W =0.004415 N/mmS 2 2 SW =0.004415 N/mm 750 P =3.066 N/mmP 625 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 92 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT = PPxTung độ đah = 3.066x(1+1.27L/S) = 3.066x(1+1.27x625/2000) = = PPxTung độ đah xL = 3.066x(-1)x625 = = PPxTung độ đah xL = 3.066x(-0.492)x625 = = PPxTung độ đah xL = 3.066x(0.27)x625 = 3.3. Do lớp phủ bê tông nhựa Vì lớp phủ bê tông nhựa có WDW =0.0016554 N/mm 2 tương đối nhỏ nên ta có thể quy đổi sang dải phân bố sau để tính. WDW= 0.0016554x4/5 = = WDWx(Diện tích thực không có đoạn hẫng)xS = 0.00132435x0.3928x2000 = (M200=0 vì diện tích đường ảnh hưởng =0) = WDWx(Diện tích thực không có đoạn hẫng)xS 2 = 0.00132435x0.0772x2000x2000 = = WDWx(Diện tích thực không có đoạn hẫng)xS 2 = 0.00132435x-0.1071x2000x2000 = 3.4. Do lề bộ hành Phần tải tập trung Ph1 = N/mm1.2875625 408.959 N.mm/mm M300 -567.352 N.mm/mm R200 1.04 N/mm M204 M300 517.388 N.mm/mm 0.00132435 N/mm2 -1916.25 N.mm/mm M204 -942.795 N.mm/mm R200 4.283 N/mm M200 2 DWW =0.0016554 N/mm 4000 2000 W =0.0013244N/mmDW 2 5000 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 93 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT = Ph1xTung độ đah = 1.2875625x0.4686 = = Ph1xTung độ đahxS = 1.2875625x0.187425x2000 = = Ph1xTung độ đahxS = 1.2875625x-0.0939x2000 = Phần tải phân bố Ph2 = Ta thấy Ph2 nhỏ nên để thuận tiện cho việc tính toán ta quy về tải tập trung sau. Ph2 '= Với L1 = Ph2 ''= L2 = = P'h2x(Tung độ đah đoạn hẫng)+ P''h2x(Tung độ đah không hẫng) = 1.22625x(1+0.381x250/2000)+2.0601x(0.7423)= = P'h2xTung độ đah đoạn hẫng xL1 = 1.22625x(-0.367)x250 = = P'h2x(Tung độ đah đoạn hẫng )xL1 +P''h2x(Tung độ đah không hẫng) xS = 1.22625x(-0.1656)x250+2.0601x(0.1004)x2000= = P'h2x(Tung độ đah đoạn hẫng )xL1+P''h2x(Tung độ đah không hẫng) xSM300 -112.508 N.mm/mm M204 362.932 N.mm/mm R200 2.814 N/mm M200 250 mm mm420 1.22625 N/mm N/mm2.0601 0.603 N/mm M300 -241.804 N.mm/mm M204 482.643 N.mm/mm R200 0.0024525 N/mm2 VỊ TRÍ 204.375 875 h1P =1.2875625 N/mm 2 h2P =0.0024525N/mm 500 840 P h2'''h2P 250 420 202.1106.67 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 94 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT = 1.22625x(0.0923)x250+2.0601x(-0.0576)x2000= 4. Nội lực do hoạt tải - Một làn chất tải m = 1.2 - P = = M+MAX Vì chiều dài các nhịp bằng nhau nên moment dương lớn nhất xuất hiện gần điểm 0.4S của nhịp thứ nhất. Chiều rộng tương đương của dải bản là. SW+= 660+0.55S = 600+0.55x2000 = Vì lề bộ hành nằm vào phía các dầm trong tính từ dầm biên là 1 m nên không có hoạt tải tại bản hẫng. M-MAX Tại vị trí 300 tức là gối thứ 2 từ trái qua phải thì moment âm lớn nhất . Ta xếp tải làm sao đạt được moment lớn nhất . Chiều rộng tương đương của dải bản là. SW -= 1220+0.25S = 1220+0.25x2000 = 100 M300 = 1.2x P xTung độ đah xS SW- N.mm/mm 1.2x72500x(0.204-0.0305)x2000 1760 1720 mm = = 17152.841 110≈200 210≈300 N/mm 1760 1.2x72500x(0.51-0.0761) M204 = 1.2x P xTung độ đah xS SW+ = = 21.448 110≈200 210≈300 R200 = 1.2x P xTung độ đah SW+ -209.028 N.mm/mm 1760 mm 72.5 KN 72500 N 204 303 800 1200 600 72.5KN 72.5KN 1800 1800 72.5KN72.5KN 304.5204.5 900 900 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 95 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT - Hoạt tải do người đi bộ Png = = Ta sẽ quy 1 phần tải phân bố phía trong dầm biên về tải tập trung và có giá trị. P'ng= Với L1 = Png= Với L = Như vậy sẽ bao gồm 1 lực phân bố ngoài cánh hẫng và 1 lực tập trung phía trong dầm biên. = Pngx(Diện tích đah đoạn hẫng)xL +P'ngx(Tung độ đah) = 0.003x(1+0.635x500/2000)500+3x(0.68775) = = Pngx(Diện tích đah đoạn hẫng)xL 2 = 0.003x(-0.5)x500x500 = = Pngx(Diện tích đah đoạn hẫng)xL 2+P'ngx(Tung độ đah không hẫng)xS = 0.003x(-0.246)x500x500+3x(0.1251)x2000 = = Pngx(Diện tích đah đoạn hẫng)xL 2+P'ngx(Tung độ đah không hẫng)xS = 0.003x(0.135)x500x500+3x(-0.06225)x2000 = - Tổ hợp nội lực xác định theo công thức sau. = : là hệ số điều chỉnh tải trọng láy = 1 γP,γLL:là hệ số tải trọng lấy theo bẳng sau. M300 -272.25 N.mm/mm Qi -375 N.mm/mm M204 N.mm/mm566.1 R200 3.801 N/mm M200 0.003 N/mm2 500 mm 3 N/mm 500 mm 300 Kg/m2 0.003 N/mm2 = -18001.919 N.mm/mm 1.2x72500x(-0.10165-0.0763)x2000 1720 = 1000500 P =0.002943 N/mmng 2 2 ngP =0.002943 N/mm 500 ' ngP =2.943N/mm 500 202.5 [ ]LLIMDWDC LLPP )1( +++ γγγη η η SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 96 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT IM = 25% là lực xung kích. 1.25x(3.468+4.099+4.283+0.603+2.814)+1.25(1.04)+1.75x1.25x(3.801+21.448) = 1.25x(-1241.578-1916.25-112.508)+1.25x0+1.75x1.25x(0-375) = 1.25x(1363.198+482.643+362.932)+0.65x(-595.958-942.795)+1.25(408.959)+ +1.75x1.25x(17152.841+566.1) = 1.25x(-1891.172-241.804-209.028)+0.65x(335.226+517.388)+1.25x-567.352+ +1.75x1.25x(-18001.919-272.25) = Ta thấy moment dương và moment âm gần bằng nhau nên ta có. Mu = Max(∑M204;∑M300) = Ta sẽ dùng giá trị này để tính toán. 5. Trạng thái giới hạn cường độ 1. Diện tích cốt thép bản mặt cầu có thể tính theo công thức gân đúng sau. Mu/Ф fy(jd) Trong đó: - Ф: là hệ số sức kháng lấy Ф = 0.9 - fy: là giới hạn chảy của cốt thép fy = 420 Mpa = - Đối với bê tông cốt thép thường j = 0.92 - Nội lực tính toán ở TTGHCĐ1 Mu = - d: là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo. - Lớp bê tông bảo vệ - Mặt cầu bê tông chịu hao mòn là 50 mm - Đáy bê tông đổ tại chỗlà 25 mm - Giả thiết dùng N 015,db = 16 mm Ab = 200 mm 2 => d = 180-25-16/2 = 147 mm ký hiệu Loại tải trọng N/mm2 42461.694 N.mm/mm 42032.3484 N.mm/mm N.mm/mm ∑M300= -42461.694 N.mm/mm 42461.694 ∑R200= 75.616 N/mm 412.02 ∑M200= -4908.233 N.mm/mm AS = ∑M204= Max Min Đối với kết cấu DC Đối với lớp phủ DW 0.65 0.9 1.75 Đối với hoạt tải LL γP γP γLL 1.25 1.25 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 97 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT Ta chọn 140 thanh thép N015 @ 240 có AS 5.1. Kiểm tra sức kháng uốn Sức kháng uốn tính toán được xác định theo công thức. MR = ФMn Trong đó: - Ф: là hệ số sức kháng lấy Ф = 0.9 a 2 - AS: là diện tích cốt thép chịu kéo không dự ứng lực (mm 2/mm). - dS: là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo. - a: là chiều dày của khối ứng suất tưưong đương(mm). - Với b = 1 mm Chiều dài của dải tính toán (mm) f'c = = (Cường độ chịu nén của bê tông ở 28 ngày tuổi). = Điều kiện về kiểm tra sức kháng uốn Mu ≤ MR Ta có: Mu= < MR = ==>Thỏa khả năng chịu uốn 42461.694 48431.5713 N.mm/mm => MR = 0.9x53812.857 48431.5713 N.mm/mm mm => Mn = 0.848x412.02x 147- 13.967 2 = 53812.857 N.mm/mm => a = 0.848x412.02 0.85x29.43x1 = 29.43Mpa30 13.967 N/mm2 Mn = Asfy dS - Sức kháng danh định (N.mm/mm) a = c x β1 = ASfy 0.85f'cβ1b β1 = ASfy 0.85f'cb Aschọn = 33000 140x200 = 0.848 mm2/mm =>AS = 42461.694/0.9 412.02x0.92x147 = 0.847 mm 2/mm 25 50 18 0 d= 14 7 CỐT THÉP NGANG BMC SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 98 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT 5.2. Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa. Điều kiện kiểm tra. C de - C - là khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hòa (mm). - de=ds : khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo(mm). C = a xβ1 - Trong đó β1là hệ số quy đổi hình khối ứng suất quy định như sau: Với bê tông có cường độ lớn hơn 28Mpa thì hệ số β1 giảm đi theo tỷ lệ 0.05 cho từng 7Mpa vượt quá 28Mpa. β1 = = => C = = C de 5.3. Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu Điều kiện kiểm tra: f'c fy f'c 30 fy 420 Ta thấy: f'c fy 5.4. Cốt thép phân bố. - Cốt thép phải được bố trí ở hướng phụ dưới đáy bản bằng tỷ lệ phần trăm của cốt thép ở hướng chính chịu moment dương như sau.Đối với cốt thép chính đặt vuông góc với hướng xe chạy [A9.7.3.2]. 3840 Trong đó S= mm (chiều dài nhịp hữu hiệu). 3840 - Bố trí cốt thép. Apb= = = mm 2/mm % => Dùng 67% 0.67xAS 0.67x0.848 0.56816 2000 Số phần trăm = = 85.8650103 Đạt Số phần trăm = ≤ 67% 0.03 = 0.00214286 =>Pmin = 0.00576871 > - 0.03 = x0.03 = 0.00576871- 0.00214286= Pmin = 0.848 1*147 => Đạt Pmin ≥ 0.03 Tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên = 0.08 = 11.676 147 0.85-0.05[(30-28)/7] 0.836 13.967x0.836 11.676 ≤ 0.42 S 2000 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 99 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT Theo bảng B1 Ta chọn 66 thanh thép N010 Ф12 @180 mm có: 5.5. Cốt thép co ngót và nhiệt độ Diện tích cốt thép mỗi hướng không được nhỏ hơn: As ≥ 0.75Ag/fy Trong đó: Ag : Diện tích nguyên mặt cắt (mm 2). fy : Cường độ chảy quy định của thép (Mpa) As ≥ 0.75*(1*180)/412.02 = Ta thấy diện tích cốt thép chống co ngót nhiệt độ nhỏ hơn diện tích cốt thép phân bố để thuận tiện cho tính toán và thi công ta bố trí cốt thép ở trên và ở dưới như nhau là N0 10 @180mm 6. Trạng thái điều kiện sử dụng Điều kiện kiểm tra khống chế nứt bằng phân bố cốt thép . - fsa ứng xuất kéo cho phép trong cốt thép thường - dC : chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng cho đến tâm của thanh thép đặt gần nhất ;nhằm mục đích tính toán phải lấy theo chiều dày tịnh của lớp bê tông bảo vệ dC không được lớn hơn 50mm. - A: diện tích có hiệu củabê tông chịu kéo trên thanh có cùng trọng tâm với cốt thép. - Z: thông số bề rộng vết nứt (N/mm) đối với cấu kiện trong đièu kiện thông thường lấy Z = (N/mm) - Cốt thép chịu kéo dùng thanh No 15@240mm .chiều cao phần bê tông tính từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm thanh thép đặt gần nhất là y = 33 Do đó : dc = 33 < A = = fSA = > = Do đó ta dùng fSA = My Icr My = Mu(d-x) 247.212 N/mm2 fS = n ứng suất kéo trong cốt thép ở trạng thái giới hạn sử dụng 372.418759 0.6fy 247.212 N/mm 2 = 372.418759 N/mm2 mm mm2 fSA = 30000 (33x15840)1/3 30000 mm 2x33x240 15840 50 0.327654 mm2/mm fS ≤ fSA = (dcA) 1/3 Z ≤ 0.6fy Achọn = 11500 66x100 = 0.57391304 mm2/mm SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 100 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT d: khoảng cách từ thép chịu lực đến mép ngoài thớ chịu nén x : chiều cao vùng bê tông chịu nén. Es Ec - Es = (mô đun đàn hồi của thép). - Ec = = Trong trạng thái giới hạn sử dụng hệ số thay đổi tải trọng ή =1 và hệ số tải trọng cho tĩnh tải và lớp phủ bằng 1,hoạt tải bằng 1 do đó moment dùng để tính ứng suất kéo trong cốt thép là: (hoạt tải có lực xung kích và hệ số xung kích = 1+IM=1.25). MU = MDC + MDW +1.25MLL = (-1891.172+335.226+517.388-241.804-209.028)-567.352+1.25(-18001.919-272.25) = => Mu = Icr = bx 3/3 +nA'S(d'-x) 2+nAS(d-x) 2 (mm4/mm) moment quán tính của tiết diện nứt chuyển đổi. Trong đó: b = 1 mm bề rộng bụng dầm (mm). d = 147 mm khoảng cách từ mép chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo. d' = 58 mm khoảng cách từ mép chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu nén. - Tính các đặc trưng tiết diện chuyển đổi cho mặt cắt rộng 1mm có 2 lớp cốt thép như hình dưới.Vì lớp bảo vệ tương đối dày ,cốt thép phía trên giả thiết nằm ở phía chịu kéo của trục trung hòa.Tổng moment tĩnh đối với trục trung hòa ta có : x - Chiều cao vùng bê tông chịu kéo. 0.5bx2 = nA'S(d' - x) + nAS(d-x) 0.5(1)x2 = 7(0.848)(58-x) + 7(0.848)(147-x) x2 +23.744x -2433.76 =0 giải được x= 38.9 mm < 58 mm Vậy giả thiết là đúng.Moment quán tính của tiết diện nứt quy đổi là. Icr = bx 3/3 +nA'S(d'-x) 2+nAS(d-x) 2 = 1x(38.86)3/3+7x(0.848)x(58-38.57)2 +7x(0.848)x(147-38.86)2 24.559141 KN.m/m Ta dùng n = 7 -24559.141 N.mm/mm => 200000 29440.0875 = 0.043(2500)1.5 29440.08747 n = 6.793458078 n = hệ số chuyển đổi diện tích cốt thép sang bê tông tương ứng. 200000 Mpa 30 58 18 0 A =0.848mm /mm2S SA =0.848mm /mm ' 2 39 33 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 101 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT = Ứng suất kéo củacốt thép dưới bằng: My Icr Như vậy: f s = < fsa = 7. Thiết kế phần hẫng mặt cầu. Mbh= Wsx750x750/2 + Pbx625+Ph2x500x500/2 = 0.0044145x750x750/2+3.066x625+0.0024525x500x500/2 = < Mu = (nên bố trí cốt thép tại phần hẫng như cốt thép phía trong dầm biên). 3464.39063 N.mm/mm 42461.694 203.952391 fS = n = 7 24559.141x(147-38.86) 91152.54034 N.mm/mm = 203.952391 Mpa 247.212 Mpa => Đạt 91152.5403 mm4/mm 50 25 18 01 6 16 140 thanh N 15 @240 140 thanh N 15 @240 0 0 066 thanh N 10 @180 66 thanh N 10 @1800 500 625 750 Pb DC h2P SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 102 CHƯƠNG 10-THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU