Đồ án môn học: Thiết kế cầu dầm BTCT DƯL tiết diện chữ T nhịp 28m căng sau

Dưới đây là các meta tags cho bài viết "Do an thiet ke cau btct dul dam t 28m keo sau tarusuovtu 20130114030719 4" theo yêu cầu: { "ai_description": "Phát

• Tác giả: Bùi Thanh Hiếu
• Chuyên ngành: Cầu đường bộ
• Đề tài: Thiết kế môn học Cầu BTCT - Cầu dầm BTCT DƯL nhịp giản đơn 28m căng sau
• Loại tài liệu: Đồ án môn học

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế dầm BTCT dự ứng lực 28m kéo sau

Thiết kế dầm BTCT dự ứng lực (BTCT DƯL) 28m kéo sau là giải pháp tiên tiến trong xây dựng cầu hiện đại. Công nghệ này kết hợp ưu điểm của bê tông cường độ cao và cốt thép dự ứng lực, tạo nên kết cấu nhịp dài có khả năng chịu tải trọng lớn. Dầm BTCT DƯL 28m được ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng vượt nhịp lớn, giảm trọng lượng bản thân và tăng độ cứng uốn. Quy trình thiết kế bao gồm tính toán tải trọng, lựa chọn vật liệu, bố trí cáp DƯL và kiểm toán theo các trạng thái giới hạn. Tiêu chuẩn thiết kế thường áp dụng TCVN 11823:2017 hoặc AASHTO LRFD. Đặc biệt, công nghệ kéo sau giúp tối ưu hóa ứng suất trong cáp, nâng cao hiệu quả kinh tế.

1.1. Đặc điểm kỹ thuật dầm BTCT DƯL 28m

Dầm BTCT DƯL 28m có chiều dài tính toán 28m, thích hợp cho các tuyến đường đô thị hoặc cao tốc. Kết cấu gồm bê tông C40-C50, cáp DƯL nhóm 1860MPa, bố trí theo đường cong parabol để giảm ứng suất cục bộ. Mặt cắt ngang dạng chữ I hoặc chữ T, chiều cao dầm 1.5-2.0m. Đặc điểm nổi bật là khả năng chịu tải trọng tĩnh và hoạt tải lớn nhờ ứng suất nén trước. Quá trình thi công đòi hỏi độ chính xác cao trong lắp đặt cáp, đổ bê tông và căng kéo. Công nghệ này giảm thiểu chi phí bảo trì nhờ độ bền vượt trội so với kết cấu BTCT thường.

1.2. Ưu điểm vượt trội so với phương pháp truyền thống

So với dầm BTCT thường, dầm BTCT DƯL 28m mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Khả năng vượt nhịp lớn (28m) giúp giảm số lượng trụ cầu, tiết kiệm chi phí xây dựng. Độ võng nhỏ hơn nhờ ứng suất nén trước, nâng cao độ êm thuận khi lưu thông. Tuổi thọ công trình kéo dài 50-100 năm nhờ khả năng chống nứt tốt. Quá trình thi công nhanh hơn nhờ giảm lượng cốt thép thường. Ngoài ra, công nghệ kéo sau cho phép điều chỉnh ứng suất linh hoạt, tối ưu hóa hiệu quả kinh tế. Đây là giải pháp bền vững trong xây dựng cầu hiện đại.

II. Phân tích tải trọng và nội lực dầm BTCT DƯL 28m

Phân tích tải trọng là bước quan trọng trong thiết kế dầm BTCT DƯL 28m. Tải trọng gồm tĩnh tải (trọng lượng bản thân, lớp phủ, lan can) và hoạt tải (xe tải HL93, người). Tĩnh tải được phân bố đều lên dầm chủ, trong khi hoạt tải phân bố theo hệ số phân bố ngang. Nội lực gồm mô men uốn, lực cắt và ứng suất cục bộ. Tính toán dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn hoặc phương pháp đòn bẩy. Đặc biệt, cần xét đến tải trọng mỏi do xe cộ lưu thông thường xuyên. Phần mềm chuyên dụng như Midas Civil hoặc SAP2000 hỗ trợ mô phỏng chính xác. Kết quả nội lực làm cơ sở cho lựa chọn cáp DƯL và bố trí thép thường.

2.1. Xác định hệ số phân bố ngang theo phương pháp đòn bẩy

Phương pháp đòn bẩy sử dụng nguyên lý cân bằng lực để xác định hệ số phân bố ngang. Áp dụng cho dầm biên khi tải trọng xếp trên một làn. Tính toán dựa trên tung độ đường ảnh hưởng phản lực gối. Hệ số phụ thuộc vào vị trí dầm, khoảng cách giữa các dầm ngang và độ cứng của bản mặt cầu. Công thức tính hệ số phân bố ngang cho tải trọng HL93 như sau: g = Σ(Ri)/P, trong đó Ri là phản lực gối, P là tải trọng trục. Phương pháp này đơn giản nhưng hiệu quả cho thiết kế sơ bộ.

2.2. Tính toán nội lực do hoạt tải HL93

Nội lực do hoạt tải HL93 được xác định thông qua đường ảnh hưởng. Bước đầu tiên là vẽ đường ảnh hưởng mô men và lực cắt tại các mặt cắt quan trọng (L/2, L/4, x=1.08m, gối). Sau đó xếp tải trọng bất lợi lên đường ảnh hưởng để tính nội lực cực đại. Hệ số xung kích (IM) 33% được áp dụng cho hoạt tải. Kết quả tính toán cho thấy mô men lớn nhất tại mặt cắt L/2, lực cắt lớn nhất tại gối. Nội lực này kết hợp với tĩnh tải để kiểm toán cường độ và độ võng.

III. Giải pháp bố trí cáp dự ứng lực và kiểm toán

Bố trí cáp DƯL là khâu quyết định trong thiết kế dầm BTCT DƯL 28m. Cáp được bố trí theo đường cong parabol để tạo ứng suất nén trước tối ưu. Số lượng cáp phụ thuộc vào nội lực tính toán, thường 4-6 bó cáp 12-15 sợi 0.6 inch. Độ lệch tâm cáp thay đổi theo mặt cắt để cân bằng mô men uốn. Quá trình kéo sau diễn ra sau khi bê tông đạt cường độ 70-80% mác thiết kế. Ứng suất kéo đạt 0.75fpu, sau đó neo chặt. Kiểm toán bao gồm trạng thái giới hạn cường độ, sử dụng và mỏi. Phần mềm chuyên dụng hỗ trợ mô phỏng ứng suất trong cáp và bê tông.

3.1. Nguyên tắc bố trí cáp DƯL theo đường cong

Bố trí cáp theo đường cong parabol nhằm tối ưu hóa ứng suất nén trước. Tại mặt cắt giữa nhịp, cáp đặt lệch tâm xuống phía dưới để chống mô men dương. Tại gối, cáp nâng lên phía trên để chống mô men âm. Độ lệch tâm thay đổi tuyến tính từ 0 tại gối đến emax tại L/2. Công thức tính độ lệch tâm: e(x) = 4e0(x/L - x²/L²), trong đó e0 là độ lệch tâm tại L/2. Bố trí cáp theo đường cong giúp giảm ứng suất cục bộ, tăng khả năng chịu tải.

3.2. Kiểm toán trạng thái giới hạn cường độ

Kiểm toán cường độ theo TCVN 11823:2017 bao gồm ba trạng thái: giới hạn cường độ I, II, III. Trạng thái I kiểm toán khả năng chịu lực lớn nhất, sử dụng hệ số an toàn 1.75 cho tải trọng. Trạng thái II kiểm toán vết nứt, giới hạn ứng suất trong bê tông 0.6f'c. Trạng thái III kiểm toán độ võng, giới hạn L/800. Công thức kiểm toán: φMn ≥ Mu, trong đó φ là hệ số sức kháng, Mn là sức kháng uốn, Mu là mô men tính toán. Kiểm toán chi tiết cho mô men uốn, lực cắt và ứng suất cục bộ.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế dầm BTCT DƯL 28m

Dầm BTCT DƯL 28m là giải pháp hiệu quả cho các công trình cầu vượt nhịp lớn. Thiết kế dựa trên phân tích tải trọng chính xác, bố trí cáp DƯL tối ưu và kiểm toán nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn. Ưu điểm nổi bật là khả năng vượt nhịp lớn, tuổi thọ cao và chi phí bảo trì thấp. Công nghệ kéo sau cho phép điều chỉnh ứng suất linh hoạt, tối ưu hóa hiệu quả kinh tế. Ứng dụng rộng rãi trong xây dựng cầu đường bộ, cầu vượt đô thị và cầu trên cao tốc. Kết quả thiết kế phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền, an toàn và tính kinh tế. Đây là xu hướng tất yếu trong xây dựng cầu hiện đại.

4.1. Hiệu quả kinh tế và độ bền lâu dài

Dầm BTCT DƯL 28m mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội nhờ giảm số lượng trụ cầu, rút ngắn thời gian thi công. Tuổi thọ công trình kéo dài 50-100 năm nhờ khả năng chống nứt và chống ăn mòn tốt. Chi phí bảo trì thấp do giảm thiểu sửa chữa định kỳ. So với dầm BTCT thường, chi phí xây dựng ban đầu cao hơn 15-20% nhưng tiết kiệm đáng kể trong suốt vòng đời công trình. Tính toán chi phí vòng đời (LCCA) cho thấy lợi ích kinh tế rõ rệt. Đây là giải pháp bền vững, thân thiện môi trường.

4.2. Hướng phát triển công nghệ dầm BTCT DƯL

Công nghệ dầm BTCT DƯL không ngừng phát triển với nhiều cải tiến mới. Sử dụng bê tông siêu tính năng (UHPC) tăng cường độ và độ bền. Áp dụng cáp DƯL không gỉ chống ăn mòn, kéo dài tuổi thọ. Công nghệ BIM tích hợp trong thiết kế và thi công, nâng cao độ chính xác. Phần mềm phân tích phi tuyến (non-linear) cho phép mô phỏng chính xác ứng xử kết cấu. Xu hướng tương lai là tích hợp cảm biến IoT giám sát ứng suất và độ võng thời gian thực. Đây là hướng đi tất yếu nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 MỤC LỤC MỤC LỤC. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ. Số liệu chung.Vật liệu chế tạo dầm. CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP.

Chiều dài tính toán KCN. Quy mô mặt cắt ngang cầu. Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ. Mặt cắt gối.

Cấu tạo dầm ngang. Đặc trưng hình học của mặt cắt. Đặc trưng hình học mặt cắt L/2 :. Đặc trưng hình học mặt cắt gối.

Tổng hợp ĐTHH của các mặt cắt. TÍNH TOÁN HIỆU ỨNG LỰC. Các hệ số tính toán. Tĩnh tải dải đều lên một dầm chủ.

Trọng lượng dải đều mối nối bêtông mặt cầu. Trọng lượng dải đều của dầm ngang. Trọng lượng dải đều của lớp phủ mặt cầu. Trọng lượng dải đều của lan can ( chỉ dầm biên chịu).

Tính toán nội lực do tĩnh tải. Các mặt cắt tính toán. Vẽ đường ảnh hưởng và tính nội lực tại các mặt cắt tính toán. Tính toán nội lực do hoạt tải.

Xác định hệ số phân bố ngang. Tính nội lực do hoạt tải :. Tính Mômen do hoạt tải gây ra tại các mặt cắt :.Tính lực cắt do hoạt tải gây ra tại các mặt cắt :. Tồng hợp nội lực dầm chủ (do tĩnh tải và hoạt tải gây ra ) :.

CHỌN BÓ CÁP DỰ ỨNG LỰC. Đặc trưng vật liệu. Cáp dự ứng lực. Cốt thép thường.

Theo trạng thái giới hạn cường độ. Nguyên tắc bố trí cáp DƯL. Bố trí cáp DƯL theo đường cong. Tính toán chiều dài cáp :.Tính góc hợp bởi đường cáp so với phương nằm ngang tại các mặt cắt :.5 Tính tọa độ trọng tâm của các bó cáp DƯL :.

ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT. Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn I. 47 BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 1 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 5. Đặc trưng hình học mặt cắt giai đoạn II.Tính toán độ lệch tâm bó cáp DƯL :.

MẤT MÁT ỨNG SUẤT. Các mất mát ứng suất tức thời. Mất mát ứng suất do biến dạng neo. Mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi.

Mất mát ứng suất do ma sát. Các mất mát ứng suất theo thời gian. Mất mát ứng suất do co ngót. Mất mát ứng suất do từ biến.

Mất mát ứng suất do chùng cốt thép. Tổng hợp các mất mát ứng suất :. KIỂM TOÁN THEO CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG. Các giới hạn ứng suất của bê tông.

Trong giai đoạn tạo DƯL. Trong giai đoạn sử dụng. Tính toán độ võng và độ vồng. Tính độ võng do hoạt tải :.

KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ. Kiểm toán cường độ chịu uốn. Kiểm toán lượng cốt thép tối đa, lượng cốt thép tối thiểu :. Kiểm toán lượng cốt thép tối đa:.

Kiểm toán lượng cốt thép tối thiểu:. Kiểm toán sức kháng cắt :. Công thức kiểm toán :. Xác định chiều cao chịu cắt hữu hiệu dv.

Tính toán ứng suất cắt v. Tính Vc , Vn và kiểm toán :. KIỂM TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN MỎI :. Xác định nội lực do tải trọng mỏi.

Tính ứng suất trong bêtông. TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU. Cấu tạo bản mặt cầu. Tính nội lực bản mặt cầu.

vệt bánh xe và tải trọng trục:. Tính nội lực bản hẫng. Tính nội lực bản kê hai cạnh. Tổng hợp nội lực bản mặt cầu :.

Bố trí cốt thép cho bản mặt cầu. Bố trí cốt thép phía trên của bản mặt cầu theo phương ngang cầu. Bố trí cốt thép phía dưới của bản mặt cầu theo phương ngang cầu. Công thức kiểm toán.

Kiểm cho mặt cắt chịu mô men dương :. Kiểm cho mặt cắt chịu mô men âm :. TÍNH TOÁN DẦM NGANG :.97 BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 2 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 11. Sơ đò tính toán dầm ngang :.

Tác dụng của tải trọng cục bộ ( hoạt tải ) lên dầm ngang :. Tính toán nội lưc trong dàm ngang :. Thiết kế và kiểm toán dầm ngang :. Thiết kế dầm ngang :.

Kiểm toán cường độ chịu uốn :. Kiểm toán hàm lượng cốt thép:.101 BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 3 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 1. SỐ LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 1. Số liệu chung - Quy mô thiết kế: Cầu dầm BTCT DƯL nhịp giản đơn.

- Quy trình thiết kế: 22TCN 272-05 - Tiết diện dầm chủ: Chữ T - Phương pháp tạo DƯL: Căng sau - Hoạt tải thiết kế: HL 93+3.10-3MPa - Chiều dài nhịp: L = 28 m - Khổ cầu: 11 + 2 x 1 m - Cầu thiết kế có dầm ngang.Vật liệu chế tạo dầm - Bêtông dầm: + Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: = 50 MPa + Trọng lượng riêng của bêtông: = 25 kN/m3 + Mô đun đàn hồi: = = 38007 MPa - Bêtông mối nối bản mặt cầu: + Cường độ chịu nén của bêtông tuổi 28 ngày: = 50 MPa + Trọng lượng riêng của bêtông: = 25 kN/m3 + Mô đun đàn hồi: = = 38007 MPa - Cáp DƯL: Sử dụng loại cáp 7 K15 , thép có độ tự chùng thấp theo tiêu chuẩn ASTM 416 Grade 250. + Diện tích một bó: = 975,45 mm2 + Đường kính ống bọc: = 67 mm - Các chỉ tiêu cáp DƯL: + Cường độ chịu kéo: fpu = 1860MPa + Giới hạn chảy: fpy = 0,9.fpu fpy = 1674MPa + Môđun đàn hồi: Ep = 197000MPa + Ứng suất trong thép khi kích fpj=0,8.fpu fpj = 1488 MPa - Cốt thép chịu lực bản mặt cầu: + Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: fy = 420 MPa + Môđun đàn hồi: Es = 200000MPa BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 4 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 2. CẤU TẠO KẾT CẤU NHỊP 2. Chiều dài tính toán KCN - Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: Lnh = 28 m - Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0,3 m - Chiều dài tính toán nhịp: Ltt = Lnh - 2.

Quy mô mặt cắt ngang cầu - Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu: + Bề rộng phần xe chạy: Bxe = 11 m + Bề rộng lề đi bộ: ble = 1 m + Bề rộng chân lan can: bclc = 0,5 m + Bề rộng toàn cầu: Bcau = Bxe + 2.bclc Bcau = 14 m + Số làn xe thiết kế: nl = 3 làn - Khoảng cách giữa các dầm chủ chọn trong khoảng: - Số dầm chủ thiết kế chọn như sau: => Chọn ndam = 6 dầm. + Chiều dài phần cánh hẫng: Cấu tạo mặt cắt ngang kết cấu nhịp BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 5 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 2. Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ 2. Mặt cắt L/2 Cấu tạo mặt cắt L/2 - Chiều cao dầm chủ: H = 1500mm - Kích thước bầu dầm: + Bề rộng bb = 600 mm + Chiều cao hb = 300 mm + Bề rộng vút bầu dầm bvb = 200 mm + Chiều cao vút bầu dầm hvb = 200 mm - Kích thước sườn dầm: + Bề rộng bw = 200 mm + Chiều cao hw = 600 mm - Kích thước bản cánh : + Bề rộng b1 = 2000 mm + Chiều cao ts = 200 mm + Bề rộng vút bản cánh trên bvc = 200 mm + Chiều cao vút bản cánh trên hvc = 200 mm BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 6 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 2.

Mặt cắt gối Cấu tạo mặt cắt gối - Kích thước sườn dầm: + Bề rộng bw = 600 mm + Chiều cao hw = 1300mm - Kích thước bản cánh + Bề rộng b1 = 2000mm + Chiều cao ts = 200 mm 2. Cấu tạo dầm ngang - L = 28 m ta bố trí 5 dầm ngang: + Tại mặt cắt gối ng = 2 dầm + Mặt cắt giữa nhịp nnh = 1 dầm + mặt cắt L/4 n1/4 = 2 dầm + Tổng số lượng dầm ngang toàn cầu: nng = (ndam-1). - Cấu tạo dầm ngang tại gối: BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 7 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 + Chiều cao hdn = 1000 mm + Bề rộng bdn = 1800mm + Chiều dày tdn = 200 mm - Cấu tạo dầm ngang tại mặt cắt nhịp: + Chiều cao hdn = 1000mm + Bề rộng bdn = 2200mm + Chiều dày tdn = 200 mm 2. Đặc trưng hình học của mặt cắt 2.

Đặc trưng hình học mặt cắt L/2 : Hình Tính sơ bộ diện tích mặt cắt : = 8600 cm2 Quy đổi tiết diẹn tính toán : - Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh: - Chiều dày cánh quy đổi:. BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 8 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 - Diện tích tam giác tại chỗ vát bầu dầm: - Chiều cao bầu dầm mới: Mặt cắt ngang tính toán : - Mômen tĩnh của mặt cắt với trục nằm ngang đi qua đáy dầm: =812556. 103 mm3 - Diện tích mc quy đổi : = 860000 mm2 - Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến đáy dầm: 944.8 mm - Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến mép trên dầm: 1500 – 944.2 mm - Mô men quán tính của mặt cắt với trục 0 - 0: BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 9 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 = 2. Đặc trưng hình học mặt cắt gối - Diện tích mặt cắt gối: = 1180000 mm2 - Mômen tĩnh của mặt cắt với trục nằm ngang đi qua đáy dầm: = 1067000000 mm3 - Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến đáy dầm: 904.2 mm BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 10 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 - Khoảng cách từ trục 0 - 0 đến mép trên dầm: - Mô men quán tính của mặt cắt với trục 0 - 0: = 2.

Tổng hợp ĐTHH của các mặt cắt Mặt cắt L/2 Đơn Mặt cắt gối Đặc trưng hình học vị Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Kí hiệu Diện tích Ao 780000 Ao 1180000 mm2 Mômen quán tính Io 2.599E+11 mm4 Trọng tâm tới đáy dầm 944.2 mm Trọng tâm tới đỉnh dầm 555.8 mm Mômen tĩnh tới đáy So 8.67E+08 mm3 dầm BÙI THANH HIẾU CẦU – ĐƯỜNG BỘ B K47 11 BỘ MÔN CẦU HẦM THIẾT KẾ MÔN HỌC CẦU BTCT F1 3. TÍNH TOÁN HIỆU ỨNG LỰC 3.