Thiết kế cầu Mỹ An

n của hệ lan can Ft : Lực va ngang của xe vào lan can Y : Chiều cao của R về phía trên mặt cầu He : Chiều cao lực van gang của xe vào lan can phía trên mặt cầu III. XÁC ĐỊNH CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN: 1. Xác định lực van gang của xe Ft: Cầu được thiết kế cho đường có tốc độ cao với hỗn hợp các xe tải và các xe nặng.Tương ứng với mức thiết kế lan can thuộc mức L3. CÁC LỰC THIẾT KẾ ĐỐI VỚI LAN CAN ĐƯỜNG ÔTÔ Tổ hợp va xô Các mức độ thiết kế của lan can L1 L2 L3 L4 L5 Ft Ngang 60 120 240 516 550 FL Dọc 20 40 80 173 183 Fv Thẳng đứng hướng xuống 20 20 80 222 355 Lt và LL 1220 1220 1070 2440 2440 Lv 5500 5500 5500 12200 12200 He 460 510 810 1020 1070 Chiều cao lan can nhỏ nhất 810 810 810 1020 1370 Theo điều 13.7.3.3 ta có: Ft = 240 KN He (min) = 810mm 2. Xác định tổng sức kháng cực hạn của hệ lan can: Sức kháng của hệ lan can là tổ hợp sức kháng của gờ bêtông và cột,dầm lan can. 2.1. Sức kháng của gờ bêtông: Sức kháng của phần gờ bêôtng có thể được xác định bằng phương pháp đường chảy như sau: + Đối với các va xô trong một phần đoạn đường: (theo điều 13.7.3.4-1) Trong đó: Rw : Tổng sức kháng bên của lan can (N). Lc : Chiều dài tới hạn của kiểu phá hoại theo đường chảy (mm). Lt : Chiều dài phân bố của lực va theo hường dọc Ft (mm).Điều 13.7.3.3 Mw : Sức kháng uốn của tường theo phương đứng (N.mm/mm). Mc : Sức kháng uốn của tường theo phương ngang (N.mm/mm). Mb : Sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với Mw tại đỉnh tường (N.mm),Mb =0 Hw : Chiều cao tường bêtông. Chiều dài tới hạn Lc trên có thể xảy ra cơ cấu đường chảy phải lấy bằng: (theo điều 13.7.3.4-2) SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CỐT THÉP GỜ BÊTÔNG B HW b1 b2 b3 A mép ngoài Ghi chú: - Lớp bêtông bảo vệ tối thiểu là 24mm. - Đường kính thanh cốt thép cốt thép dọc là 10mm. - Đường kính thanh cốt thép đai là 13mm. - Bước thanh cốt đai là 200mm. BẢNG THÔNG SỐ HÌNH HỌC LAN CAN A B b1 b2 b3 300 500 300 250 124 BẢNG TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ MWH Phân đoạn gờ bêtông Chiều cao phân đoạn b Diện tích cốt thép As Chiều cao có hiệu d (mm) (mm2) (mm) (mm) (KNmm) (KNmm) 1 300 157.08 258 12.94 14934.99 38872.41 2 250 78.54 358 6.47 10532.31 3 124 78.54 458 12.94 13405.11 Chú thích: d : Trung bình khoảng cách từ mép bêtông vùng chịu nén tới tim cốt thép chịu kéo. f : Hệ số kháng uốn,f = 0,9. a : Chiều cao vùng bêtông chịu nén. As : Diện tích cốt thép chịu kéo. BẢNG TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ Mc Phân đoạn gờ bêtông Chiều cao phân đoạn b Diện tích cốt thép As Chiều cao có hiệu d (mm) (mm2) (mm) (mm) (KNmm) (KNmm) 1 200 663.66 269.5 10.93 66236.77 86305.89 2 200 663.66 369.5 10.93 91323.17 3 100 663.66 469.5 10.93 116409.58 BẢNG TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ Rw Lt Mb Mc MwH Lc Rw (mm) (KNmm) (KNmm/mm) (KNmm) (mm) (KN) 1070 0 86305.89 38872.41 1071.68 369.97 + Đối với các va chạm tại đầu tường hoặc tại mối nối: (theo điều 13.7.3.4.1) BẢNG TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ Rw Lt Mb Mc MwH Lc Rw (mm) (KNmm) (KNmm/mm) (KNmm) (mm) (KN) 1070 0 86305.89 38872.41 1070.21 369.46 2.2. Sức kháng của dầm và cột: (theo điều 13.7.3.4-2) a) Xét trường hợp xe va vào giữa nhịp lan can: Khi xe va vào giữa nhịp lan can,dạng phá hoại gồm số lượng nhịp lan can N là lẻ (N=1). + Sức kháng của hệ dầm và cột: Trong đó: RR : Khả năng cực hạn của thanh lan can (N). Mp : Sức kháng phi đàn hồi hoặc sức kháng đường chảy của thanh lan can (Nmm). Pp : Sức kháng tải trọng ngang cực hạn của cột đứng đơn lẻ ở độ cao HR phía trên mặt cầu (N). L : Chiều dài moat nhịp lan can (mm). Lt : Chiều dài phân bố của lực va xe theo hướng dọc (mm). Với N =1,ta có: BẢNG TỔNG HỢP TÍNH TOÁN D W=0.1D3(1-a4) Mp = f*fu*W L RR (mm) (mm3) (KNmm) (mm) (KN) 100 100000.00 41500.00 2000 226.62 b) Xét trường hợp xe va vào cột lan can: Khi xe va vào cột lan can,dạng phá hoại gồm số lượng nhịp lan can N là chẵn (N=2) + Sức kháng của hệ dầm và cột: MẶT CẮT NGANG CỌC TẠI ĐẾ CỘT dọc cầu b' d B ngang cầu BẢNG TỔNG HỢP TÍNH TOÁN B b' d As = B*d d=b'-d Pp =Asfud/Hcột RR (mm) (mm) (mm) (mm2) (mm) (KN) (KN) 130 180 6 780 174 80.46 188.70 Trong trường hợp xe va vào cột lan can thì sức kháng của phần gờ bêtông bị giảm do phải chịu tải trọng cột và dầm lan can. + Sức kháng của gờ bêtông trong trường hợp này được xác định theo công thức sau: IV. KIỂM TOÁN LAN CAN: 1. Kiểm toán lan can theo điều kiện (1): BẢNG TỔNG HỢP KIỂM TOÁN LAN CAN THEO ĐIỀU KIỆN (1) Tổ hợp va xe Sức kháng gờ bêtông Sức kháng cột và dầm Sức kháng hệ lan can Chiều cao kháng ĐK kiểm toán (1) RW (KN) RR (KN) R (KN) Y (mm) 1 Giữa nhịp lan can và đầu tường hoặc mối nối 369.46 226.62 596.08 766.13 OK 2 Giữa nhịp lan can và 1 phần đoạn tường 369.97 226.62 596.59 765.90 OK 3 Cột lan can và đầu tường hoặc mối nối 176.86 188.70 365.56 861.34 OK 4 Cột lan can và 1 phần đoạn tường 176.35 188.70 365.05 861.84 OK 2. Kiểm toán lan can theo điều kiện (2): Với điều kiện (2),ta xét khi khả năng kháng của hệ lan can là tối thiểu (Ft);cột và dầm làm việc bất lợi (chịu lực tối đa). BẢNG TỔNG HỢP KIỂM TOÁN LAN CAN THEO ĐIỀU KIỆN (2) Tổ hợp va xe Sức kháng tối thiểu lan can Sức kháng cột và dầm Sức kháng hệ lan can Chiều cao kháng ĐK kiểm toán (2) R (KN) RR (KN) R (KN) Y (mm) 1 Giữa nhịp dầm lan can + gờ bêtông 240 226.62 13.38 1160.98 OK 2 Cột lan can + gờ bêtông 240 188.70 51.30 1050.38 OK CHƯƠNG V TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP BẢN MẶT CẦU I. CẤU TẠO BẢN MẶT CẦU: 1.Chọn chiều dày của bản mặt cầu: - Mô tả bản mặt cầu: + Bản dài 13.4m. + Phần mút thừa dài 3.23m. II I SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN BẢN MẶT CẦU - Theo giải pháp kết cấu mặt cắt ngang.Đối với dầm hộp liên tục có bề rộng B < 16mthì ta có thể không cần sử dụng dự ứng lực ngang bản mặt cầu để tiết kiệm vật liệu đắt tiền. - Ta chọn chiều dày xây dựng của bản mặt cầu là hbản = 30mm để có chịu được tải trọng. - Lan can được xây dựng liền với bản mặt cầu vì vậy bản mặt cầu ở phần hẫng được làm dày đủ để chịu tải trọng va đập của xe do lan can truyền xuống,hhẫng = 30mm. 2.Cấu tạo các lớp áo đường , lan can cầu: - Lớp áo đường được cấu tạo gồm: + Bêtông átphan dày trung bình 5cm có trọng lượng g = 2,3 T/m3 + Bêtông bảo vệ dày 3cm có trọng lượng g = 2,4 T/m3 + Lớp phòng nước dày 1cm có trọng lượng g = 1,5 T/m3 + Lớp tạo dốc dày 1cm có trọng lượng g = 2,4 T/m3 - Lan can cầu cấu tạo gồm 2 phần: + Phần dưới bằng bêtông cốt thép có chiều dày 50cm. + Phần trên bằng thép có các thanh mặt cắt chữ nhật kích thước 3x15x70cm đỡ 2 ống thép D = 10cm.Chiều cao toàn bộ lan can là 1.2m Tên Hình dáng Đơn vị Số lượng T/l đơn vị (T/m3) Kích thước m3 Cột thép 3x15x70cm C¸i 1 8.002 0.00315 Tay vịn Ỉ 10cm m 1 8.002 0.00785 Gờ đỡ Bản vẽ m 1 2.4 0.19 II. TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG BẢN MẶT CẦU: - Sử dụng phương pháp tính gần đúng để thiết kế bản mặt cầu BTCT của cầu dầm hộp đổ tại chổ và đúc liền khối.(Điều 4.6.2.1.6) - Khi tính toán hiệu ứng lực trong bản.Phân tích 1 dải bản rộng 1mm theo chiều dọc cầu .Mô hình haoá sơ đồ làm việc của kết cấu như 1 dầm liên tục,với các sườn dầm hộp là các gối . 1. C¸ác tải trọng tác dụng lên kết cấu: + Lan can (DW ) + Trọng lượng bản thân (DC ) + Trọng lượng lớp mặt đường ( DW) + Tải trọng người ( PL) + Tải trọng xe ( LL) + Lực xung kích (IM=25%) Tính toán hiệu ứng lực cho từng tải trọng thành phần gây ra trong bản mặt cầu.Sau đó tổ hợp lại gồm 2 tải tổ hợp tải trọng nguy hiểm là tổ hợp tải trọng cường độ I và tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng.Sử dụng nội lực này để tính toán và kiểm toán tiết diện bản. 2. Tính toán mômen trong bản mặt cầu: Theo quy trình quy định,sơ đồ làm việc của bản tương tự như dầm liên tục,dầm giản đơn.Như vậy đã không kể đến hiện tượng ngàm của bản với sườn dầm.Do đó khi tính toán mômen cho vị trí giữa nhịp bản,không vẽ đường ảnh hưởng ra cánh hẫng để tránh giảm giá trị mômen tính toán.Về tính toán các hiệu ứng lực trong bản mặt cầu,mặt cắt thiết kế cho các mômen âm và lực cắt đối với dầm hộp bêtông và đúc liền khối tại vị trí mặt cắt cấu kiện đỡ. 2.1.Tính toán mômen do các lực thành phần gây ra: a) Mômen do trọng lượng bản mặt cầu gây ra: - Tính toán mômen theo công thức sau: Trong đó: Mi : Mômen tại tiết diện i. WDC : Trọng lượng bản mặt cầu,WDC = 1.12 T/m2.Được tính bằng trọng lượng của 1 mét dài bản mặt cầu chia cho toàn bộ bản mặt cầu.Khối lượng riêng của bêtông lấy sơ bộ 25 KN/m3 Ai : Diện tích đường ảnh hưởng. - Mômen ở giữa nhịp: BẢNG NỘI LỰC DO BẢN THÂN Tiết diện wt (T/m2) Ai M(Tm/m) I 1.12 -5.22 5.85 II 1.12 6.02 6.74 b) Mômen sử dụng do trọng lượng lan can gây ra: - Trọng lượng lan can được coi là 1 lực tập trung đặt cánh mép cánh hẫng 0.25m,có giá trị bằng khối lượng của 1 mét dài lan can với khối lượng riêng của bêtông là 2400 kg/m3. - Tính toán mômen theo công thức sau: Trong đó: Mi : Mômen tại tiết diện i. Pb : Trọng lượng lan can, Pb = 1.18 T/m yi : Tung độ đường ảnh hưởng tại vị trí đặt tải trọng lan can. BẢNG NỘI LỰC GÂY RA DO LAN CAN Tiết diện Pb(T/m) Yi M(Tm/m) I 1.18 2.98 3.5164 II 1.18 0 0 c) Mômen do trọng lượng lớp phủ mặt đường gây ra: - Tính toán mômen theo công thức sau: Trong đó: Mi : Mômen tiết diện i. wDW : Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, wDW = 2.8 T/m2 Ai : Diện tích đường ảnh hưởng. - Mômen ở giữa nhịp: BẢNG MÔMEN DO TRỌNG LƯỢNG LỚP PHỦ MẶT CẦU Tiết diện wDW (T/m2) A M(Tm/m) I 2.8 5.21645 14.60606 II 2.8 6.02045 16.85726 d) Mômen do tải trọng người gây ra: - Để tính hiệu ứng lực do tải trọng người gây rat a xếp tải trọng người lên đường ảnh hưởng ở các tiết diện trên.Tải trọng người có thể xếp 1 hoặc 2 làn sao cho gây ra hiệu ứng lực bất lợi nhất. - Tính toán mômen theo công thức sau: Trong đó: Mi : Mômen tại tiết diện i. PL : Tải trọng người thiết kế, PL = 3 KN/m2 Ai : Diện tiách đường ảnh hưởng trong phạm vi tác dụng của tải trọng người. BẢNG MÔMEN GÂY RA DO TẢI TRỌNG NGƯỜI Tiết diện PL ( T/m2 ) A M(Tm/m) I 0.30 3.46 1.038 II 0.30 0 0 e) Mômen do xe tiêu chuẩn gây ra: - Bản mặt cầu được phân tích theo phương pháp dỉa gần đúng.Với dải phân tích ngang có chiều dài nhịp là 7300mm > 4600mm.Do đó bản được thiết kế cho tải trọng trục 145KN và tải trọng làn 9.3KN/m2.các bánh xe trong trục cách nhau 1800mm,tải trọng mỗi bánh xe là 72.5KN. - Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9.3N/mm phân bố đều theo chiều dọc.Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều theo chiều rộng 3000mm.Hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích. - Khi thiết kế vị trí ngang của xe được bố trí sao cho hiệu ứng lực trong dải phân tích đạt giá trị lớn nhất.Vị trí trọng tâm bánh xe đặt cách đá vỉa 300mm khi thiết kế bản hẫng và 600mm khi thiết kế các bộ phận khác. - Chiều rộng của dải tương đương b(mm) trên bất kỳ bánh xe nào được lấy như trong bảng 4.6.2.1.3-1 Ta có: + Đối với phần hẫng : b = 1140 + 0,833X + Đối với vị trí có mômen dương : b = 660 + 0,55S + Đối với vị trí có mômen âm : b = 1220 + 0,25S Trong đó: X : Khoảng cách từ tải trọng đến điểm đặt gối tựa. S : Khoảng cách giữa các gối. - Khi tính toán hiệu ứng lực,tải trọng bánh xe được mô hình hoá như tải trọng vệt mà chiều dài dọc theo nhịp sẽ là chiều dài của diện tích tiếp xúc của lốp xe cộng với chiều dày của bản mặt cầu như được xác định dưới đây hoặc như tải trọng phân bố đều đặt tại trọng tâm lốp xe và phân bố dọc theo chiều dài dải tương đương được tính như ở trên. - Diện tích tiếp xúc của lốp xe với mặt đường phải được coi là hình chữ nhật: Chiều rộng 510mm àChiều rộng của diện tích tiếp xúc : 510+2´103=716 mm Chiều dài: (3.6.1.2.5-1) Trong đó: P: Tải trọng 1 bánh xe, P = 72500 N IM: Hệ số xung kích, IM = 25% g: Hệ số tải trọng (lấy với TTGH cường độ I), g = 1.75. Chiều dài phân bố của tải trọng bánh xe lên bản: L1 = 361.6 + 2´103 = 567.6 mm Vậy diện tích tiếp xúc của lốp xe : 716´567.6 mm SƠ ĐỒ ĐẶT XE HL93 LÊN PHẦN MÚT THỪA SƠ ĐỒ ĐẶT TẢI LÊN PHẦN GIẢN ĐƠN - Khi xếp xe lên đường ảnh hưởng ta có thể xếp 1 làn xe hoặc 2 làn xe với các hệ số làn tương ứng 1.2 và 1;sao chho gây ra hiệu ứng lực lớn nhất.Khoảng cách của 2 xe không được nhỏ hơn 1800mm. - Ta tính hiệu ứng lực do tải trọng xe được tính với tải trọng bánh xe là lực tập trung có giá trị là P/b và tính trên 1mm. - Mômen do tải trọng bánh xe được tính theo công thức: Trong đó: n : Hệ số làn. P : Tải trọng 1 bánh xe. b : Chiều rộng dải tương đương trên mỗi bánh xe (mm). yi : Tung độ đường ảnh hưởng tại vị trí đặt bánh xe. ql : Tải trọng làn thiết kế. wL : Diện tích phần đường ảnh hưởng đặt tải trọng làn. BẢNG TÍNH TOÁN MÔMEN DO TẢI TRỌNG HL93+LÀN Tính toán mômen do tải trọng HL-93 + tải trọng làn Tiết diện Số làn xe N Vùng tính b (m) Y wL LL (KN) MTK (KNm/m) MI 1 1.2 Hẫng b1=3.118 b2=1.619 y1=-2.43 y2=-0.63 -3.69 72.5 -136.1094 M+ 4.538 0.0 72.5 M- 2.983 0.0 72.5 MII 2 1 Hẫng b1=3.1641 b2=1.6647 0.0 5.91 72.5 98.0759 M+ 4.477 y1=0.835 y2=1.735 y3=1.135 y2=0.235 72.5 M- 2.955 0.0 72.5 2.2. Tổ hợp nội lực: - Sauk hi tính toán xong mômen do các thành phần gây ra,ta tiến hành tổ hợp nội lực với hệ số tải trọng được tra trong bảng 3.4.1-1.Tất cả các tải trọng tác dụng lên bản mặt cầu đều được đưa vào tổ hợp. - Đối với bản mặt cầu chỉ cần tính toán và kiểm tra theo hệ số sức kháng và khống chế bế rộng vết nứt.Cho nên ta chỉ tổ hợp theo TTGH cường độ I và sử dụng. - Tính toán nội lực theo công thức 1.3.2.1-1 : Trong đó: gi : Hệ số tải trọng. Qi : Nội lực tính toán. hi : hệ số điều chỉnh tải trọng. BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC M(wDW) KNm/m M(wDC) KNm/m M(Pb) KNm/m M(PL) KNm/m M(TK) KNm/m M(TTGHCĐI) gMax 1.50 1.25 1.25 1.75 1.75 Max Min gmin 0.65 0.9 0.9 1.75 1.75 h 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 I -11.39 -60.48 -21.35 -10.05 -132.54 -387.36 -347.12 II 14.04 74.55 0 0 96.93 298.08 258.15 M(wDW) KNm/m M(wDC) KNm/m M(Pb) KNm/m M(PL) KNm/m M(LL) KNm/m M(TTGHSD) g 1 1 1 1 1 h 1 1 1 1 1 I -11.39 -60.48 -21.35 -10.05 -132.54 -235.82 II 14.04 74.55 0 0 96.93 185.53 - Khi tính toán với TTGH cường độ I: + hD = 1 : Đối với thiết kế thông thường. + hR = 1 : Thiết kế bản mặt cầu với mức dư thông thường. + hl = 1.05 : Cầu được thiết kế là quan trọng. Vậy h = 1,05. - Khi tính toán với TTGH sử dụng: + hD = 1 : Đối với thiết kế thông thường. + hR = 1 : Thiết kế bản mặt cầu với mức dư thông thường. + hl = 1 : Cầu được thiết kế là quan trọng. Vậy h = 1. III. BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO BẢN MẶT CẦU: 1. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu: - Bêtông: + Cường độ chịu nén khi uốn: fc =40 Mpa + Môđun đàn hồi: (5.4.2.4-1) + Cường độ chịu kéo khi uốn:(5.4.2.6) - Thép thường: + Giới hạn chảy của cốt thép thanh: + Môđun đàn hồi : Es = 200000Mpa. 2. Tính toán và bố trí cốt thép: 2.1. Bố trí cốt thép thường: - Sử dụng cốt thép thường theo ASTM A706M có đường kính danh định f 20.Bố trí khoản cách 100mm/1 thanh phía dưới bản mặt cầu ở giữa và 150mm/1 thanh phía trên bản hẫng. - Giới hạn chảy của cốt thép thanh: - Môđun đàn hồi: Es = 200000MPa. - Chiều dày lớp bêtông bảo vệ : 50mm ( Bảng 5.12.3-1). + Diện tích cốt thép phía dưới cho 1m dài bản giữa: AS = 10x3.14x202=3140 mm2 + Diện tích cốt thép cho 1m dài phía trên bản hẫng: AS = 6x3.14x202= 1885 mm2 2.2. Kiểm toán mặt cắt theo TTGH cường độ: - Mômen cực trị để thiết kế: MI = -387.36 (KNm/m) MII = 298.08 (KNm/m) - Căn cứ vào điều 5.7.3.2 ta kiểm tra theo công thức: (5.7.3.2.1-1) Trong đó: f : Hệ số sức kháng,theo điều 5.5.4.2. f = 1.0 : Đối với các cấu kiện chịu kéo khi uốn. - Sức kháng uốn danh định của tiết diện mặt cắt chữ nhật: (5.7.3.2.2-1) As : Diện tích cốt thép thường chịu kéo. fy : Giới hạn chảy tối thiểu của cốt thép thường. ds : Cự ly từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép thường. a : Chiều dày khối ứng suất tương đương, a = c.b1. c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén, mm. - Đối với mặt cắt chữ nhật: (5.7.3.1.1-4) bw : Chiều rộng bản bụng;lấy bằng chiều rộng cánh chịu nén bw=1000 mm. b1 : Hệ số quy đổi khối ứng suất (Điều 5.7.2.2) BẢNG KẾT QUẢ KIỂM TOÁN Tham số Đơn vị Mặt cắt Mặt cắt (1) (2) f'c (Mpa) 40 40 b1 0.764 0.764 bw (mm) 1000 1000 ds (mm) 550 250 fy (MPa) 420 420 As (mm2) 1885 3141 c (mm) 63 60 a (mm) 23.2 38.4 Mn (KN.m) 426.2 306.8 jMn (KN.m) 426.2 306.8 Mu (KN.m) 387.36 298.08 Kết luận jMn³ Mu Đạt Đạt ._.