CHƯƠNG I : THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU Sơ đồ tính bản mặt cầu 1. CHIỀU DÀY BẢN MẶT CẦU: Chiều dày tối thiểu của bản BTCT theo AASHTO là 175mm. Chọn chiều dày bản là 200mm.TĨNH TẢI: Tính cho 1m dài bản mặt cầu. + Tĩnh tải do trọng lượng BMC : (DC1) DC1= 0.9 kN/m + Lớp phủ mặt cầu (DW) :chọn lớp phủ dày 85 mm DW=85×2250×10-4 = 1.88 kN/m + Lan can tay vịn (DC2) : DC2= 4.52 kN Thực chất lực tập trung quy đổi của lan can không đặt ở mép bản mặt cầu nhưng để đơn giản tính toán và thiên về an toàn ta coi đặt ở mép và coi tải trọng lan can do phần hẫng chịu hết.
Trang 4 Theo 22TCN272–05 4.6, các dãi bản phải được coi như các dầm liên tục hoặc dầm giản đơn. Chiều dài nhịp được lấy bằng khoảng cách tâm đến tâm giữa các dầm chủ, các dầm chủ được coi là tuyệt đối cứng. Cần xác định mômen dương lớn nhất và mômen âm lớn nhất, lực cắt lớn nhất và áp dụng tính toán cho toàn bản. Để xác định nội lực trong bản ta vẽ đường ảnh hưởng tại các vị trí giữa nhịp và gối và xếp tải để xác định nội lực max.
Sơ đồ tính tải tác dụng lên bản hẫng Các hệ số cho tĩnh tải Loại tải trọng TTGH cường độ 1 TTGH sử dụng DC 1. Do xe tải thiết kế: Xét 1 bánh xe nặng của xe tải thiết kế có trọng lượng P đặt cách mép lan can 0.3m, khoảng cách từ tim bánh xe tới ngàm là x = 0.25 m, chiều rộng tiếp xúc bánh là 510mm. Chiều rộng dải tương đương : E =1140+0. Do người đi bộ: Tải trọng người đi là 3 kN/m2, chiều rộng người đi bộ là 1m nhưng phần người đi bộ nằm trong phần bản hẫng là 0.
TÍNH TOÁN NỘI LỰC TẠI NGÀM: Tĩnh tải DC1 DC2 DW 4.88 (KN/m) Trang 6 Hoạt tải Hệ số tải trọng PL LL γ LL γ PL γ DC γ DW 3KN/M 49.5 Với : γLL – hệ số tải trọng của hoạt tải xe. γPL – hệ số tải trọng của hoạt tải người. γDC – hệ số tải trọng tĩnh tải bản thân kết cấu. γDW – hệ số tải trọng tĩnh tải do lớp phủ mặt cầu.
Xét hệ số điều chỉnh tải trọng trường hợp sử dụng các giá trị cực đại của γi: D×R×I≥ 1 D = hệ số liên quan tính dẻo. R = Hệ số liên quan đến tính dư. I = Hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác. Mônmen tại ngàm : + Trường hợp chỉ có bánh của xe tải và tải trọng bản thân.
4 ] 2 2 2 + Trường hợp chỉ có người đi bộ và tải trọng bản thân.05m – chiều dài bản hẫng L2 =0.80m – khoảng cách từ tim lan can đến ngàm L3 = 0.55m – chiều dài phần có lớp phủ mặt cầu L4 = 0.605m – chiều dài phần ảnh hưởng của bánh xe lên cánh hẫng L5 = 0.55m – chiều dài phần người đi bộ trong bản hẫng Thay các giá trị vào trên ta được : 1.11 KNm Lực cắt tại ngàm : + Trường hợp chỉ có bánh của xe tải và tải trọng bản thân.79 kN + Trường hợp chỉ có người đi bộ và tải trọng bản thân.52 kN Vậy trường hợp bánh xe tải thiết kế gây ra nội lực bất lợi nhất.TÍNH TOÁN NỘI LỰC BẢN KIỂU DẦM: 5. Nguyên lý tính toán : Nội lực được xét trên 1 m chiều rộng của bản. Bản mặt cầu có thể phân tích như mô hình dải bản liên tục kê lên các gối tựa cứng là các dầm chủ. Đối với bản mặt cầu của các dầm có thể phân tích theo mô hình dải bản ngàm hai đầu và tính theo phương pháp gần đúng với đường lối tính mô men dương ở mặt giữa nhịp của mô hình bản giản đơn kê lên gối 2 khớp.
+ Trị số mômen tại mặt cắt giữa nhịp của bản hai đầu ngàm được xác định : M 0.5 L + Mô men âm tại đầu nhịp : M g k g .5 L : Mômen do tải trọng gây ra tại giữa nhịp giản đơn k: hệ số hiệu chỉnh xét đến tính chất ngàm ở hai đầu. Xác định hoạt tải tác dụng. Dải bản chịu lực theo phương ngang cầu, chiều rộng dải bản tương đương theo phương dọc cầu được xác định theo : E = 660 + 0.25×2100 = 1745mm Tác dụng của bánh xe có thể quy về một băng tải có bề rộng là (b + h). Độ lớn của tải trọng băng do bánh xe gây ra là : 0.745 Tiến hành xếp tải lên đường ảnh hưởng.
Trường hợp chỉ có 1 bánh xe đặt tại vị trí giữa nhịp: b. Trường hợp hai bánh xe của hai xe tải đặt cách nhau 1,2m : Trang 9 c. Trường hợp hai bánh xe của một xe tải đặt cách nhau 1,8m : 5. Xác định mômen dương giữa nhịp: 5.
Do tĩnh tải và hoạt tải 1 bánh xe gây ra : M 0.DC1 DW DWDW m.DC1 DW DWDW m. Do tĩnh tải và hoạt tải 2bánh xe của hai xe gây ra : M 0.DC1 DW DWDW m.DC1 DW DWDW m. Do tĩnh tải và hoạt tải 2 bánh xe của một xe gây ra : M 0.DC1 DW DWDW m.DC1 DW DWDW m.m Suy ra : trường hợp 1 bánh xe của xe tải thiết kế đặt giữa dầm gây mômen lớn nhất. Vậy : mômen dương tại giữa nhịp: M 0,5 L k0.30(kNm) mômen âm tại gối: M g k g.
Xác định lực cắt tại ngàm Lực cắt tại ngàm được xác định theo phương pháp chất tải thông thường. Ta xét trường hợp hai bánh của xe hai tải ba trục cách nhau 1.2m xếp tải như bên dưới.DC1 DW DWDW m. Xét trường hợp hai bánh của một xe tải ba trục cách nhau 1.8m: Trang 11 Vg DC .DC1 DW DWDW m. TÍNH NỘI LỰC THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG: Khi tính bản theo trạng thái giới hạn sử dụng ( TTGHSD) thì lấy: LL PL DC DW 1 η = ηD .Tính mômen và lực cắt tại ngàm của bản hẫng.
Mômen tại ngàm: L2 L2 L2 M = η.31 kNm Lực cắt tại ngàm: V = η.Tính mômen giữa nhịp và lực cắt tại ngàm của bản kiểu dầm.DC1 DW DWDW m.DC1 DW DWDW m.63 kNm Mômen dương tại giữa nhịp : Trang 12 M 0,5 L k0.m) Mômen âm tại đầu nhịp : M g k g .m) Lực cắt tại ngàm : Vg DC .DC1 DW DWDW m.41 kN Nội lực thiết kế bản mặt cầu Mômen Dương Âm Hẫng Cường độ 1 17.31 Vật liệu thiết kế cho bản mặt cầu Bê tông f'c = 40 MPa Ec = 31975.4 MPa Thép fy = 420 MPa Es = 200000 MPa 7. TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA BẢN THEO TTGHCĐI : Xác định lớp bê tông bảo vệ : Theo bảng 5.3–1 của 22TCN272–05: Mép trên bản: a= 60 mm vì bản chịu mài mòn do vấu lốp xe Mép dưới bản: a= 25 m Chiều cao có hiệu quả của bản mặt cầu Sức kháng uốn của bản: Mr= ΦMn Trong đó: +: Hệ số sức kháng quy định theo TCN 5.9 đối với trạng thái giới Trang 13 ` hạn cường độ I (cho BTCT thường). + Mr: Sức kháng uốn tính toán. + Mn: Sức kháng uốn danh định.
Đối với cấu kiện chịu uốn khi sự phân bố ứng suất gần đúng theo hình chữ nhật a a a a h Mn= Apsfps(dp– )+ Asfy(ds– )– A 's f 'y (d 's – )+ 0. 2 2 2 2 2 Vì không có cốt thép ứng suất trước, b= bw và coi A 's = 0 nên ta có: a Mn= As. 2 Trong đó: + As : Diện tích cốt thép chịu kéo không ứng suất trước (mm2). + fy : Giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa).
+ ds : Khoảng cách tải trọng từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo không ứng suất trước (mm). + A 's : Diện tích cốt thép chịu nén (mm2). + f 'y : Giới hạn chảy quy định của cốt thép chịu nén (MPa). + d 'p : Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén + f 'c : Cường độ chịu nén quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày (MPa).
+ b : Bề rộng của mặt chịu nén của cấu kiện (mm). + bw : Chiều dày của bản bụng hoặc mặt cắt tròn (mm). + β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất quy định trong TCN 5. với BT có cường độ > 28MPa hệ số 1 giảm đi theo tỉ lệ 0,05 cho từng 7 Mpa đến khi vượt quá 28 Mp +hl : Chiều dày cánh chịu nén của cấu kiện dầm I hoặc T (mm).β1: Chiều dày của khối ứng suất dương (mm) theo TCN 5.
Aps f ps As f y Ac' f y' As f y a = c.85 f c'b Trạng thái giới hạn cường độ 1, cốt thép phải bố trí sao cho mặt cắt đủ khả năng chịu lực 7. Bố trí cốt thép chịu mômen âm của bản mặt cầu (cho 1m bản) và kiểm tra theo TTGH cường độ 1: Không xét đến cốt thép chịu nén Trang 14 Mômen tính toán cho momen âm của bản mặt cầu Mu= 29.03 kNm Cách thực hiện : chọn trước số thanh thép rồi kiểm tra cường độ. Chọn 6 thanh thép 12. diện tích mỗi thanh là 113.1 mm2 Diện tích cốt thép As 6×113.6 mm2 ds = dâm= hbmc – 60 –/2 = 200–60–12/2=134 mm l = 0.00 kNm 2 2 Mr= ΦMn =0.6 kNm Vậy thoả mãn về mặt cường độ.
Kiểm tra lượng thép tối đa ( TCN 5.1) c Phải thoả mãn điều kiện 0.42 de de = ds = 134 mm (do coi Asp=0, TCN 5.1–2) c khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà, a 8.42 thoả mãn de 134 Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lượng thép tối đa. Kiểm tra lượng thép tối thiểu ( TCN 5.1) f' Phải thoả mãn điều kiện min 0,03. c fy Trong đó: min tỷ lệ giữa thép chịu kéo và diện tích nguyên.0029 fy 420 Trang 15 f 'c vậy min 0,03. fy Vậy mặt cắt thoả mãn về hàm lượng thép tối thiểu.
Cự ly tối đa của các thanh cốt thép, theo 22TCN272–05 5.2 trong bản cự ly cốt thép không được vượt quá 1.5 chiều dày cấu kiện hoặc 450 mm. Bố trí cốt thép chịu mômen dương của bản mặt cầu (cho 1m bản) và kiểm tra theo TTGH cường độ 1: Không xét đến cốt thép chịu nén Mômen tính toán cho momen dương của bản mặt cầu : Mu=17.