CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1. Nhiệm vụ thiết kế và kích thước cấu tạo 1. Nhiệm vụ thiết kế Thiết kế kết cấu nhịp cầu dầm đơn giản bê tông cốt thép (BTCT) ứng suất trước (ƯST) căng sau, bán lắp ghép, mặt cắt chữ I. Tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 11823:2017 Tải trọng thiết kế: HL-93 1.
Kích thước cấu tạo Chiều dài kết cấu nhịp: LD = 27 (m) Nhịp tính toán: Ltt = 26,2 (m) Bề rộng phần xe chạy (khoảng cách tĩnh giữa hai gờ chắn bánh của lan can hai bên): BW = 11 m Bề rộng gờ chắn bánh của lan can: Bb = 500 (mm) Số dầm chủ: n1 = 5 Khoảng cách giữa các dầm: S = 2400 (mm) Chiều cao dầm chủ: Hd = 1350 (mm) Bề rộng dầm ngang: b = 200 (mm) Số dầm ngang: n2 = 5 Chiều dày bản: hf = 200 (mm) Trọng lượng VK bản hẫng: 2,6 (N/mm) Chiều dày mặt đường: hw = 75 (mm) Trọng lượng lan can: glc = 6,64 (N/mm) SVTH: 4 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 1/2 mÆt c ¾t g i÷a n hÞp 1/2 mÆt c ¾t t¹ i g è i Hình 1. Cấu tạo mặt cắt ngang cầu 1. Bê tông dầm Sử dụng bê tông thường cấp độ B40 Cường độ chịu nén quy đinh (28 ngày): 40 MPa Cường độ chịu kéo khi uốn: Khối lượng riệng: Mô đun đàn hồi: 1. Bê tông bản mặt cầu Sử dụng bê tông thường cấp độ B30 Cường độ chịu nén quy đinh (28 ngày): 30 MPa Cường độ chịu kéo khi uốn: Khối lượng riệng: Mô đun đàn hồi: SVTH: 5 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 1.
Cốt thép cường độ cao (ƯST) Sử dụng thép có độ chùng thấp, tiêu chuẩn ASTM A416-96a cấp 270 Đường kính một tao 12,7mm (Diện tích 98,71 mm2) Cường độ chịu kéo: 1860 MPa Giới hạn chảy: Mô đun đàn hồi: Trọng lượng đơn vị của tao cáp 12,7 mm = 0,775 (kg/m). Hệ số ma sát góc: μ = 0,25/rad. Hệ số ma sát: K = 0,001/m. Cốt thép thường - Loại thép có gờ: Mác thép CB400-V theo TCVN 1651:2008 Giới hạn chảy nhỏ nhất: fy = 400 (Mpa).
Môdun đàn hồi: Es = 200000 (Mpa). - Thép tròn trơn: Mác CB240-T Giới hạn chảy nhỏ nhất: fy = 240 (Mpa). Môdun đàn hồi: Es = 200000 (Mpa). SVTH: 6 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 2.
Cấu tạo bản mặt cầu và sơ đồ tính 2. Cấu tạo bản mặt cầu Chiều dày bản bê tông cốt thép: hf = 200 (mm). Lớp phủ mặt cầu phòng nước dày 5 mm. Chiều dày lớp áo đường bê tông asphalt: 70 mm.
Tổng chiều dày lớp phủ mặt cầu là 75 mm. Lan can gồm gờ chắn bánh bê tông cốt thép, tay vịn bằng kim loại 2. Sơ đồ tính Ở đây, bản mặt cầu chỉ kê lên các dầm chủ, nên làm việc theo phương ngang cầu. Sử dụng phương pháp dải bản để tính nội lực.
Bản được coi là dầm liên lục kê lên các gối cứng là các dầm chủ. Chiều dài nhịp của bản là khoảng cách giữa tim các dầm chủ, S = 2,3 m. Trọng lượng các bộ phận Tính theo chiều rộng dải bản ngang 1 (mm). Lan can: Diện tích mặt cắt ngang lan can và trọng tâm lan can: Bảng 2.
Diện tích và trọng tâm lan can Kích thước Diện Hình (mm) tích Xi Si. Trọng tâm lan can cách mép ngoài: Sử dụng tay vị bằng kim loại, có trọng lượng Pv = 0,45 N/mm Trọng lượng lan can một bên, bao gồm cả tay vịn: Các lớp phủ mặt đường: WDW = gw.hw = 2250×10-9×9,81×75 = 0,00166 (N/mm2) Bản mặt cầu giữa các dầm chủ WS = gc. Xác định nội lực do tĩnh tải 2. Vẽ đường ảnh hưởng nội lực Bản mặt cầu được xem như các dải bản nằm vuông góc với dầm chủ.
Dải bản ngang được coi là liên tục nhiều nhịp, có nhịp bằng khoảng cách hai dầm chủ. Dầm chủ được coi là cứng tuyệt đối. Trong trường hợp này, khoảng cách giữa các dầm dủ là bằng nhau, mô men dương lớn nhất xuất hiền gần điểm 0,4 của nhịp thứ nhất M204; Mô men âm được lấy trị số lớn hơn giữa M200 và M300 Chiều dài đoạn bản hẫng: L = 1200 (mm) Khoảng cách từ trọng tâm lan can đến gối thứ nhất: L1 = 1200 - 210 = 990 (mm) SVTH: 8 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 Khoảng cách từ mép lan can đến gối thứ nhất: L2 = 1200 - 500 = 700 (mm). Sơ đồ tính và đường ảnh hưởng M200, M204, M300 Diện tích phần đường ảnh hưởng phía trong (không kể mút thừa): Bảng 2.
Diện tích đường ảnh hưởng (phần trong) Đường ảnh hưởng A+ A- Tổng M200 0 0 0 M204 0,0986 -0,0214 0,0772 M300 0,0134 -0,1205 -0,1071 Diện tích đường ảnh hưởng phần mút thừa: Bảng 2. Diện tích đường ảnh hưởng (phần mút thừa) Đường ảnh hưởng A+ A- Tổng SVTH: 9 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 M200 0 -0,5 -0,5 M204 0 -0,246 -0,246 M300 0,135 0 0,135 Khi xác định nội lực do tĩnh tải ta tính trên các dải bản ngang có chiều rộng bằng 1 mm. Nội lực do trọng lượng bản mặt cầu Hình 2. Tải trọng do bản mặt cầu tác dụng vào dải bản Đối với tải trọng phân bố đều, lấy diện tích trong bảng nhân với S để tính lực cắt và S2 để tính mô men.
Nội lực do lan can Hình 2. Tải trọng lan can tác dụng lên dải bản SVTH: 10 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 MB = PB × y × L1 M200B = 6,64× (-1)×990 = -6573,6 (N. Nội lực do trọng lượng lớp phủ mặt cầu Hình 2. Tải trọng lớp phủ mặt cầu tác dụng lên dải bản MDW = WDW×(wL2 + wS) M200DW = 0,00166×(-0,5×7002 + 0×24002) = -406,7 (N.
Xác định nội lực do hoạt tải Khi thiết kế mặt cầu có dải bản ngang theo phương pháp dải bản (gần đúng), thì xe tải thiết kế có tải trọng trục là 145 (kN). Tải trọng mỗi bánh xe trên trục giả thiết bằng nhau và cách nhau 1800 (mm). Xe tải thiết kế được đặt theo phương ngang cầu để gây nội lực lớn nhất, như vậy tim của bánh xe cách lề đường không nhỏ hơn 300 (mm) khi thiết kế bản hẫng và không nhỏ hơn 600 (mm) tính từ tim bánh xe đến các bộ phận khác. Chiều rộng có hiệu của dải bản trong (mm) chịu tải trọng bánh xe của bản mặt cầu đổ tại chỗ là: Khi tính bản hẫng: 1440 + 0,833X SVTH: 11 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 Khi tính mômen dương: 660 + 0,55S Khi tính mômen âm: 1220 + 0,25S Trong đó X là khoảng cách từ bánh xe đến tim gối, S là khoảng cách giữa các dầm chủ.
Mô men dương lớn nhất do hoạt tải Với các nhịp bằng nhau, mô men dương lớn nhất gần đúng tại điểm 204. Chiều rộng dải bản khi tính mô men dương là: Swd = 660 + 0,55S = 660 + 0,55×2400 = 1980 (mm). Trường hợp 1: Xếp 1 làn xe Hệ số làn trong trường hợp 1 làn xe, m = 1,2 Hình 2. Sơ đồ xếp 1 làn xe lên đường ảnh hưởng M204 Tung độ ĐAH ứng với bánh xe thứ nhất, tra phụ lục ta có: y1 = 0,204 Khoảng cách từ vị trí 300 đến bánh xe thứ 2: a = 1800 - 0,6×2400 = 360 (mm) Vị trí ứng với tung độ y2: a/S = 360/2400 = 0,15; Bánh xe thứ 2 đặt tại vị trí 301,5, tra bảng và nội suy ta có: Mô men tại tiết diện 204: SVTH: 12 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 Trường hợp 2: Khi xếp 2 làn xe Hệ số làn trong trường hợp 2 làn xe, m = 1 Hình 2.
Sơ đồ xếp 2 làn xe lên đường ảnh hưởng M204 Sử dụng y1 và y2 đã tính ở trên Tung độ ĐAH ứng với bán xe thứ 3 ở vị trí 404 là: y3 = 0,0086 Bánh xe thứ 4 đặt tại vị trí 501,5, tra bảng và nội suy ta có: Mô men uốn do 2 làn xe tại mặt cắt 204 So sánh trường hợp 1 và 2: Kết luận "Trường hợp 1" cho nội lực lớn hơn. Vậy mô men dương lớn nhất tại vị trí 204 và phản lực gối 200 tương ứng là: M204LL = 19340 (N.mm) SVTH: 13 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 2. Mô men âm tại mặt cắt 300 Chiều rộng dải bản khi tính mô men âm là: Swa = 1220 + 0,25S = 1220 + 0,25×2400 = 1820 (mm) Trường hợp 1: Khi xếp 1 làn xe. Hệ số làn xe m = 1,2.
Đặt hoạt tải để có mômen âm lớn nhất ở gối khi có một làn xe như hình vẽ. Sơ đồ xếp 1 làn xe lên đường ảnh hưởng M300 Tung độ ĐAH ứng với bánh xe thứ nhất, tra phụ lục ta có: y1 = -0,1029 Khoảng cách từ vị trí 300 đến bánh xe thứ 2: a = 1800 - 0,4×2400 = 840 (mm) Vị trí ứng với tung độ y2: a/S = 840/2400 = 0,35; Bánh xe thứ 2 đặt tại vị trí 303,5, tra bảng và nội suy ta có: Mô men tại tiết diện 300: Trường hợp 2: Khi xếp 2 làn xe, hệ số làn xe m = 1. SVTH: 14 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 Khi so sánh các tung độ đường ảnh hưởng trong trường hợp xếp 2 xe (m = 1), mô men do xe tải thứ 2 nhỏ hơn 20% mô men do xe tải thứ 1. Do đó trường hợp xếp 2 làn xe sẽ không nguy hiểm bằng trường hợp xếp 1 làn xe (khi m = 1,2).
Mô men âm tại mặt cắt 200 Đặt tải một bánh xe như hình vẽ. Khoảng cách từ bánh xe đến tim gối là: X = L - BB - 300 = 1200 - 500 - 300 = 400 (mm). Chiều rộng có hiệu của dải bản là: Swo = 1140 + 0,833. Chỉ xếp 1 làn xe (do tung độ ĐAH dưới xe 2 = 0), hệ số làn xe m = 1,2.
Sơ đồ xếp 1 làn xe lên đường ảnh hưởng M200 Mô men âm lớn nhất tại tiết diện 200 do hoạt tải: 2. Tổ hợp nội lực trong bản Hệ số điều chỉnh tải trọng cho trạng thái giới hạn cường độ: η = ηD × ηR × ηI ≤ 0,95 trong đó: ηD - Hệ số liên quan đến tính dẻo (ηD = 0,95). SVTH: 15 Đồ án môn học Thiết kế cấu BTCT 1 ηR - Hệ số liên quan đến tính dư thừa (ηR = 0,95). ηI - Hệ số liên quan đến độ quan trọng của cầu (ηI = 1,05).
Vậy: η = ηD× ηR ×ηI = 0,95 Hệ số xung kích: 1+IM = 1,33 2. Trạng thái giới hạn cường độ 1: Bảng 2. Tổng hợp nội lực trong bản Mô men Đơn vị MS M0 MDW MPb MLL M200SD N.mm -2806,88 1084,75 -914,24 1774,87 -20696 Mô men uốn tại các mặt cắt: 2.