BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP - Thiết kế một dầm cầu đường ô tô nhịp giản đơn, bằng bê tông cốt thép, dạng mặt cắt chữ T

Chia sẻ: Nguyen Huu Dan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:38

Thêm vào BST

Báo xấu

905
lượt xem 178
download

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP - Thiết kế một dầm cầu đường ô tô nhịp giản đơn, bằng bê tông cốt thép, dạng mặt cắt chữ T

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

1. Số liệu cho trước 1. Tiêu chuẩn thiết kế 2. Chiều dài nhịp tính toán l 3. Khoảng cách tim các dầm S 4. Điều kiện môi trường Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 - 05 Cho trong bảng số liệu S = 2m Thông thường - Cốt thép chịu kéo: fy = 420 MPa 5. Vật liệu - Cốt thép đai: fy = 420 MPa - Bê tông: fc¢ (Cho trong bảng số liệu) 6. Hệ số phân bố ngang của hoạt tải - Mô men: mgM (Cho trong bảng số liệu) khi tính toán mô men...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP - Thiết kế một dầm cầu đường ô tô nhịp giản đơn, bằng bê tông cốt thép, dạng mặt cắt chữ T

BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Thiết kế một dầm cầu đường ô tô nhịp giản đơn, bằng bê tông cốt thép, dạng mặt cắt chữ T
BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỀ BÀI Thiết kế một dầm cầu đường ô tô nhịp giản đơn, bằng bê tông cốt thép, dạng mặt cắt chữ T 1. Số liệu cho trước 1. Tiêu chuẩn thiết kế Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 - 05 2. Chiều dài nhịp tính toán l Cho trong bảng số liệu 3. Khoảng cách tim các dầm S S = 2m 4. Điều kiện môi trường Thông thường - Cốt thép chịu kéo: fy = 420 MPa - Cốt thép đai: fy = 420 MPa 5. Vật liệu - Bê tông: fc¢ (Cho trong bảng số liệu) 6. Hệ số phân bố ngang của hoạt tải - Mô men: mgM (Cho trong bảng số liệu) khi tính toán mô men và lực cắt - Lực cắt: mg (Cho trong bảng số liệu) V Cho trong bảng số liệu 7. Tải trọng lớp phủ mặt cầu w DW 2. Yêu cầu nội dung A. Tính toán 1. Xác định kích thước hình học của mặt cắt ngang dầm; 2. Vẽ biểu đồ bao mô men và biểu đồ bao lực cắt do tải trọng gây ra ở trạng thái giới hạn cường độ (TTGHCĐ); 3. Tính toán, bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp; 4. Thiết kế kháng cắt; 5. Thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng (TTGHSD); 6. Triển khai cốt thép chịu uốn và vẽ biểu đồ bao vật liệu; PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
B. Bản vẽ 1. Vẽ mặt chính của dầm và các mặt cắt đại diện; 2. Vẽ biểu đồ bao mô men và biểu đồ bao vật liệu; 3. Bóc tách cốt thép của dầm; 4. Lập bảng thống kê vật liệu; C. Chú ý 1. Sản phẩm cần nộp: Một quyển thuyết minh A4 và các bản vẽ A3 đóng kèm. 2. Thời hạn nộp và bảo vệ: Trước ngày thi một tuần. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
SỐ LIỆU ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÔN HỌC KCBTCT Lớp Vật liệu và công nghệ xây dựng K49 L S mgM mgV wDW f 'c STT Họ và tên (m) (m) (kN/m) (MPa) Nguyễn Trung Anh 1 9 2,00 0,62 0,55 5,00 28 Phạm Đức Anh 2 9 2,00 0,54 0,55 5,10 28 Kiều Cao Bắc 3 9 2,00 0,58 0,59 5,20 41 Nguyễn Sỹ Bắc 4 9 2,00 0,56 0,61 5,30 28 Bùi Qúy Hồng Công 5 9 2,00 0,54 0,63 5,40 35 Nguyễn Văn Công 6 9 2,00 0,60 0,61 5,50 35 Trần Văn Cương 7 12 2,00 0,62 0,55 5,10 35 Đinh Viết Cường 8 12 2,00 0,60 0,57 5,20 41 Nguyễn Hồng Cường 9 12 2,00 0,58 0,59 5,30 55 Đỗ Anh Dũng 10 12 2,00 0,56 0,61 5,40 41 Nguyễn Qúy Dũng 11 12 2,00 0,54 0,63 5,50 55 Đỗ Đại Dương 12 12 2,00 0,56 0,55 5,60 28 Dương Đình Đức 13 12 2,00 0,62 0,63 5,00 55 Vũ Tuấn Hiệp 14 15 2,00 0,62 0,55 5,00 35 Trương Tấn Thái Hòa 15 15 2,00 0,60 0,57 5,10 41 Trần Văn Hoành 16 15 2,00 0,58 0,59 5,20 28 Mai Việt Hùng 17 15 2,00 0,56 0,61 5,30 35 Nguyễn Đức Hùng 18 15 2,00 0,54 0,63 5,40 41 Phạm Huy Hùng 19 15 2,00 0,62 0,63 5,50 35 Lê Quang Huy 20 15 2,00 0,56 0,55 5,60 41 Đỗ Trung Kiên 21 18 2,00 0,64 0,55 5,00 35 Nguyễn Xuân Kiên 22 18 2,00 0,54 0,57 5,50 28 Đỗ Tất Thành Lâm 23 18 2,00 0,58 0,59 4,20 28 Tống Kim Linh 24 18 2,00 0,56 0,61 4,30 35 Nguyễn Hữu Long 25 18 2,00 0,54 0,63 4,40 28 Nguyễn Thành Long 26 18 2,00 0,62 0,63 4,50 41 Nguyễn Trung Lương 27 18 2,00 0,56 0,55 4,60 41 Ngô Văn Mạnh 28 21 2,00 0,64 0,63 5,50 35 Lê Ngọc Mạnh 29 21 2,00 0,60 0,57 4,10 41 Lê Văn Minh 30 21 2,00 0,58 0,59 4,20 28 Phạm Văn Minh 31 21 2,00 0,56 0,61 4,30 35 Đào Văn Phong 32 21 2,00 0,54 0,53 4,40 28 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Nguyễn Duy Phú 33 21 2,00 0,60 0,63 4,50 35 Nguyễn Hữu Quân 34 21 2,00 0,64 0,53 4,60 41 Nguyễn Văn Quân 35 24 2,00 0,54 0,55 4,70 35 Nguyễn Văn Quỳnh 36 24 2,00 0,54 0,61 4,80 28 Trương Đình Sơn 37 24 2,00 0,56 0,57 4,90 41 Phạm Hồng Thái 38 24 2,00 0,58 0,59 5,00 35 Trần Văn Thắng 39 24 2,00 0,60 0,55 5,10 41 Nguyễn Minh Tiệp 40 24 2,00 0,62 0,63 5,20 41 Cù Ngọc Toàn 41 24 2,00 0,62 0,53 5,30 35 Doãn Văn Toàn 42 24 2,00 0,58 0,63 5,40 28 Lê Đình Toàn 43 21 2,00 0,64 0,55 4,30 35 Lê Văn Trưởng 44 9 2,00 0,62 0,57 4,30 28 Nguyễn Xuân Tuấn 45 12 2,00 0,56 0,61 4,50 41 Nguyễn Anh Tuấn 46 12 2,00 0,58 0,63 4,60 35 Bùi Hoàng Tùng 47 15 2,00 0,54 0,63 4,70 28 Vũ Thanh Tùng 48 15 2,00 0,56 0,61 4,90 35 Bùi Hữu Tuyên 49 21 2,00 0,62 0,59 4,70 41 Chu Bá Văn 50 18 2,00 0,62 0,53 5,30 28 Nguyễn Văn Vũ 51 18 2,00 0,64 0,53 5,40 35 Trịnh Hùng Vĩnh 52 18 2,00 0,54 0,61 5,50 41 Ngô Thị Yến 53 21 2,00 0,62 0,53 4,00 28 Giáo viên Bùi Thị Thanh Mai PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
I ĐỀ BÀI: Thiết kế mộ t cầu đường ô tô nhịp giản đ ơn, bằng bê tông cố t thép, thi công bằng phương pháp đúc riêng từng dầm tại công trường. I.1 Số liệu cho trước: L = 15 m 1. Chiều dài nhịp tính toán: B = 7 + 2 ´1,5m 2. Khổ cầu: 1 / 800 3. Độ võng cho phép do ho ạt tải: - Cốt thép chịu lực: fy = 420 MPa - Cốt thép đai: fy = 420 MPa 4. Vật liệu: - Bê tông: fc¢ = 30 MPa 5. Tiêu chu ẩn thiết kế Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272 - 05 I.2 Yêu cầu nội dung: A. Tính toán: 1. Chọ n mặt cắt ngang cầu. 2. Vẽ biểu đồ bao mô men và biểu đồ bao lực cắt do tải trọng gây ra. 3. Tính toán, bố trí cốt thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp. 4. Tính toán, bố trí cốt thép đ ai. 5. Tính toán, kiểm soát nứt. 6. Tính toán độ võng do hoạt tải gây ra. 7. Xác đ ịnh vị trí cắt cốt thép và vẽ biểu đồ b ao vật liệu. B. Bản vẽ: 1. Vẽ mặt chính của dầm và các mặt cắt đ ại diện. 2. Vẽ biểu đồ bao vật liệu. 3. Bóc tách cố t thép, thống kê vật liệu. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
II THUYẾT MINH: II.1 Xác định sơ bộ kích thước mặt cắt ngang cầu: II.1.1 Số lượng và khoảng cách giữa các dầm chủ: Các thông số thiết kế thường gồ m: Tổng bề rộ ng mặt cầu B (m) . - Chiều rộng phần xe chạy B1 (m) . - Chiều rộng phần người đ i bộ B3 (m) . - Chiều rộng gờ phân cách giữa phần người đi b ộ và phần xe chạy B2 (m) . Thường - chọn B2 = 0, 2 ¸ 0, 3m (cũ ng có thể dùng vạch sơn rộng 20cm nhưng lưu ý vạch sơn sẽ b ố trí trên cả p hần xe chạy và phần người đ i bộ và không tính vào tổ ng bề rộng mặt cầu). Chiều rộng lan can B4 (m) . Thường chọn B4 = 0, 2 ¸ 0,5 m . - - Chiều rộng toàn cầu có thể được tính theo công thức: B = B1 + 2B2 + 2B3 + 2B4 Ở đây, B1 = 7 m, B3 = 2 ´1, 5m, B2 = 0 m, B4 = 0,5 m B = B1 + 2B2 + 2B3 + 2B4 = 7 + 0 + 2 ´1,5 + 2 ´ 0,5 = 11m Số lượng dầm chủ N b : Căn cứ vào khổ cầu, tải trọng khai thác, dạng kết cấu d ầm - để d ự tính khoảng cách giữa các d ầm chủ và từ đó chọn số lượng dầm chủ : B Nb » . S dt Cự ly tim các d ầm chủ S được chọ n b ằng nhau và nên xét đến kinh nghiệm: Với - cầu đường ô tô lấy S = 1,8 ¸ 2,5 m . Trong trường hợp này lấy S = 1,8m và chọn số lượng dầm chủ N b = 6 . Chiều dài phần cánh hẫng của dầm biên dh : - PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
B - (m - 1) S dh = 2 Ở đ ây, dh = 1000 mm II.1.2 Chiều cao dầm: h Chiều cao d ầm đ ược xác đ ịnh theo đ iều kiện chịu lực cũ ng như điều kiện độ cứng. Ngoài ra, chiều cao dầm cũ ng cần tho ả mãn các yêu cầu tố i thiểu đ ược quy định trong các Tiêu chuẩn thiết kế. Các Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 cung cấp các quy đ ịnh về chiều cao tố i thiểu của các cấu kiện chịu uố n theo chiều dài nhịp trong bảng: Một số quy định chiều cao t ối thiểu h cho các dạng mặt cắt dầm theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 Loại kết cấu Dầm gi ản đơn Dầm liên tục 1,2 (S + 3000 ) 1,2 (S + 3000 ) Bản có cốt thép đặt song song với ³ 165mm phương xe chạy 30 30 0,070 l 0,065 l Dầm mặt cắt chữ T 0,060 l 0,055 l Dầm hộp 0,035 l 0,033 l Dầm trong kết cấu cho người đi bộ l là chiều dài tính toán của cấu kiện S là khoảng cách giữa các dầm đỡ của bản (mm) Đối vớ i dầm giản đơn b ằng BTCT thường, chọn chiều cao dầm không thay đ ổi trên suố t chiều dài nhịp. Có thể lấ y gần đúng theo công thức kinh nghiệm: æ1 1ö h = ç ¸ ÷l è 10 20 ø Þ h = ( 0,72 ¸1, 44 ) m Tuy nhiên, chiều cao dầm còn liên quan chặt chẽ đến khoảng cách giữa các dầm chủ. Nếu kho ảng cách lớn thì phải chọ n chiều cao d ầm chủ lớn và ngược lại. Chọn h = 1, 2 m . II.1.3 Bề rộng sườn dầm:bw Bề rộng sườn dầm đ ược chọ n chủ yếu theo yêu cầu thi công sao cho dễ đổ bêtông và đ ảm b ảo bê tông chất lượng tố t. Với cầu đ ường ô tô thường chọn bw = 160 ¸ 200 mm . Ở đây ta chọn bw = 20 cm và không đổ i trên suốt chiều dài d ầm. II.1.4 Chiều dày bản cánh: h f Chiều dày bản cánh chọn phụ thu ộc điều kiện chịu lự c cụ c bộ củ a vị trí xe và sự tham gia chịu lực tổ ng thể với các b ộ phận khác. Theo kinh nghiệm, đố i với cầu ô tô, chọn PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
h f = 140 ¸ 200 mm (chú ý rằng tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 quy đ ịnh chiều dày tố i thiểu của b ản mặt cầu là 175mm . Chọn h f = 180 mm . II.1.5 Kích thước bầu dầm: b1 , h1 Kích thước b ầu d ầm phải căn cứ vào việc b ố trí cố t thép chủ trên mặt cắt dầm quyết đ ịnh (số lượng thanh và khoảng cách các thanh). Tuy nhiên khi chọn sơ bộ b an đầu ta chưa biết thép chủ là bao nhiêu nên phải tham khảo các đồ án điển hình và nên đảm bảo kích thước sao cho b ề rộ ng bầu phải bố trí đ ược bốn cột cốt thép và chiều cao bầu phải b ố trí được tố i thiểu hai hàng cốt thép. - Đố i với d ầm đúc tại chỗ thì chiều cao phần bầu dầm không được nhỏ hơn: + 140 mm + 1 /16 kho ảng cách giữa các đường gờ hoặc sườn d ầm của các dầm. - Đố i với d ầm đúc sẵn thì chiều cao phần bầu dầm không được nhỏ hơn 125 mm. Chọ n: b1 = 360 mm, h1 = 200 mm . Ta có mặt cắt ngang dầm như sau: 1.1 Bề rộ ng hữu hiệu của bản cánh:beff Thay cho việc phải tính toán phức tạp đ ể xác đ ịnh bề rộ ng có hiệu củ a bản, Tiêu chu ẩn thiết kế như 2 2 TCN 272-05 đ ã đưa ra các quy định cụ thể đ ể xác định giá trị này: a) Đối với các d ầm giữa trong các mạng dầm (mặt cắt chữ T đối xứng), b ề rộng có hiệu là trị số nhỏ củ a · 1/4 chiều dài nhịp có hiệu, · 12 lần chiều dày trung bình của bản cộng với giá trị lớn của bề rộng sườn d ầm ho ặc 1/2 bề rộ ng cánh trên của d ầm, · Kho ảng cách trung bình của các dầm kề nhau. Như vậy, beff = min ( 3600;3060;1800 ) = 1800 mm PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
b ) Đối với các dầm biên trong các mạng dầm (mặt cắt chữ T không đố i xứng hoặc mặt cắt chữ L), bề rộng có hiệu là tổng củ a 1/2 bề rộng hữu hiệu của dầm kề b ên và trị số nhỏ củ a · 1/8 chiều dài nhịp có hiệu, · 6 lần chiều dày trung bình củ a bản cộ ng vớ i giá trị lớn của 1/2 bề rộ ng sườn d ầm ho ặc 1/4 bề rộ ng cánh trên của d ầm, · Bề rộng củ a phần cánh hẫng. 1800 + min (1800;1530;1000 ) = 1900 mm Như vậy, beff = 2 1.2 Tiết diện tính toán quy đổi: Ø Đố i với d ầm giữa: - Diện tích tam giác tại chỗ vát bản cánh: 100 ´100 S1 = = 5000 mm 2 2 - Chiều dày cánh quy đ ổi: 2 ´ 5000 2 S1 h qd = h f + = 180 + = 186,3mm f b - bw 1800 - 200 - Diện tích tam giác tại chỗ vát bầu dầm: 80 ´ 80 S2 = = 320 mm 2 2 - Chiều cao bầu dầm mới: 2 ´ 3200 2S2 h1qd = h1 + = 200 + = 240 mm b1 - bw 360 - 200 Ø Đố i với d ầm biên: - Chiều dày cánh quy đ ổi: 2 ´ 5000 2 S1 h qd = h f + = 180 + = 185,9 mm f b - bw 1900 - 200 - Diện tích tam giác tại chỗ vát bầu dầm: 80 ´ 80 S2 = = 320 mm 2 2 - Chiều cao bầu dầm mới: 2 ´ 3200 2S2 h1qd = h1 + = 200 + = 240 mm b1 - bw 360 - 200 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
II.2 TÍNH VÀ VẼ BIỂU ĐỒ BAO NỘI LỰC: II.2.1 Khái niệm về hệ số phân bố ngang: Khi thiết kế dầm, ta phải đặt ho ạt tải vào vị trí bất lợi nhất trên chiều dài cũ ng như chiều rộ ng mặt cầu để tìm ra nội lực lớn nhất của dầm. Tu ỳ theo đặc đ iểm cấu tạo và chiều rộng cầu, trên mặt cắt ngang có thể có số lượng d ầm chủ khác nhau. Nếu mặt cắt ngang có một dầm chủ thì d ầm này sẽ luôn chịu toàn bộ tĩnh tải và ho ạt tải. Trường hợp mặt cắt ngang có nhiều dầm chủ , tĩnh tải sẽ phân bố cho các d ầm này như nhau như ng ho ạt tải lại phân bố cho các dầm không giố ng nhau, hay nói cách khác, hệ số p hân bố ngang của các d ầm là khác nhau. Như vậy, phần ho ạt tải mà mỗ i d ầm phải chịu sẽ được tính bằng cách xếp tải tại vị trí bất lợi nhất trên mặt cắt ngang và mặt cắt d ọc và tính nộ i lực do ho ạt tải đó gây ra rồ i nhân với hệ số phân b ố ngang củ a mỗ i d ầm đó. Hệ số phân bố ngang của ho ạt tải đố i với cầu trên đường ô tô có thể tính theo quy trình 22 TCN 272-05 (Phần 4.6.2.2, đ ặc biệt là bảng tính hệ số phân bố ngang 4.6.2.2.1.1). Chú ý rằng theo quy trình này, hệ số p hân bố ngang củ a ho ạt tải để tính mô men, lực cắt và độ võng nói chung là khác nhau. Đố i với mặt cắt ngang trong ví dụ này ta xác đ ịnh đ ược hệ số p hân bố ngang như sau: Ø Hệ số phân bố ngang tính cho mô men: - Đối với d ầm trong: + Hoạt tải HL93: mg momen = 0,590 . I + Người: mg momen = 0,184 . I - Đối với d ầm ngoài: + Hoạt tải HL93: mg momen = 0,590 . E + Người: mg momen = 1, 4 . E Ø Hệ số phân bố ngang tính cho lực cắt: - Đối với d ầm trong: + Hoạt tải HL93: mg cat = 0, 672 . I + Người: mg cat = 0,184 . I - Đối với d ầm ngoài: + Hoạt tải HL93: mg cat = 0, 672 . E + Người: mg cat = 1, 4 . E PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
II.2.2 Xác định nội lực dầm chủ tại các mặt cắt đặc trưng: II.2.2.1 Tĩnh tải: - Tải trọ ng rải đều trên 1m chiều dài d ầm chủ do trọng lượng bản thân DC1 (kN/ m) - Tải trọ ng rải đều trên 1m chiều dài d ầm chủ do trọ ng lượng củ a dầm ngang DC2 (kN/ m) - Tải trọ ng rải đều trên 1m dầm chủ chiều dài do trọng lượng lan can DC3 (kN/ m) - Tải trọng rải đ ều trên 1m chiều dài d ầm chủ do trọ ng lượng gờ chắn bánh xe (nếu có) DC4 (kN/ m) . Vậy tổ ng tĩnh tải củ a bản thân dầm và các bộ phận khác tác dụ ng lên 1m dầm chủ : DC = DC1 + DC2 + DC3 + DC4 (kN/ m) - Tải trọ ng rải đều trên 1m chiều dài d ầm chủ do lớp phủ mặt cầu DW (kN/ m) . Với mặt cắt ngang dầm đ ã chọn, gần đúng tính được các giá trị của tĩnh tải rải đ ều như sau: Loạ i tả i trọng Ký hiệu Dầm giữa Dầm biên Đơn vị DCIdc Do TLBT d ầm 13.834 14.2806 kN/m DCIbmc Do bản mặt cầu 0 0 kN/m DCIdn Do d ầm ngang 1.292 1.292 kN/m DCIIlc Do phần lan can 0 3.894 kN/m Do lớp phủ DW 1.875 1.875 kN/m Tổ ng 17.000 21.341 kN/m II.2.2.2 Hoạt tải: a) Hoạt tải xe ô tô thiết kế theo 22 TCN 272-05 là hoạt tải HL-93. HL-93 là tổ hợp của: - Xe tải thiết kế và tải trọ ng làn thiết kế hoặc; - Xe hai trục thiết kế và tải trọ ng làn thiết kế. Chú ý rằng, xe 2 trục có trọ ng lượ ng trục nhỏ hơn xe tải thiết kế nhưng cự ly các trục gần hơn nên là lực khố ng chế hiệu ứng lực phát sinh trong các cấu kiện ngắn. Khi thiết kế, chọ n tổ hợp tải trọng lớn hơn. Cấu tạo củ a xe tải thiết kế và xe hai trụ c thiết kế có thể tham khảo chương 3. Tải trong làn thiết kế là tải trọ ng 9,3 N/ mm phân b ố đ ều theo chiều dọ c còn theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000 mm . Ý nghĩa củ a tải trọng làn thể hiện tác dụng của các xe khác trong đ oàn xe có thể xuất hiện đồ ng thời trên cầu. b) Lực xung kích: PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Lực xung kích IM được lấy bằng % củ a xe tải hoặc xe 2 trục thiết kế. Lực xung kích không được áp dụng cho tải trọng bộ hành hoặc tải trọ ng làn thiết kế. Với TTGH cường đ ộ và sử dụng, lấ y IM = 25% của xe tải ho ặc xe 2 trục thiết kế. c) Số làn xe và hệ số làn xe: II.2.2.3 Tổ hợp nội lực theo các trạng thái giới hạn: Ta xét tổ hợp các tải trọ ng sau: Hoạt tải HL-93 và lực xung kích LL + IM . - - Tĩnh tải bản thân dầm DC . - Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu và các thiết b ị DW . Các tổ hợp tải trọng được viết như sau: Ø TTGH cường độ I: U = h {1, 25 DC + 1, 5DW + 1, 75 ( LL + IM )} Ø TTGH sử dụng: U = h {1, 0 DC + 1, 0 DW + 1, 0 ( LL + IM )} Với h : Hệ số điều chỉnh tải trọng h = h Dh Rh I ³ 0,95 Trong đ ó: h D : Hệ số liên quan đến tính dẻo. h R : Hệ số liên quan đến tính dư. h I : Hệ số liên quan đ ến tầm quan trọ ng trong khai thác. II.2.2.4 Vẽ biểu đồ bao nội lực của dầm: Khi tính toán, thiết kế dầm, ta cần xác đ ịnh giá trị b ất lợi nhất của mô men ho ặc lực cắt do tải trọng tác d ụng gây ra. Muốn vậ y ta cần vẽ đ ược biểu đồ bao mô men và biểu đồ bao lực cắt của dầm, tức là biểu đồ thể hiện giá trị đại số lớn nhất của mô men và lực cắt của một số mặt cắt được xem xét trên d ầm. Trình tự vẽ b iểu đồ b ao mô men và lực cắt củ a mộ t d ầm giản đ ơn gồ m các b ước sau: 1. Chia dầm thành mộ t số đoạn nhất định (càng nhiều đoạn chia sẽ càng gần kết quả chính xác). 2. Tính toán nộ i lực lớn nhất tại các mặt cắt tương ứng với các điểm chia. Các giá trị nộ i lực này chính là tung độ của đ ường bao nộ i lực. 3. Nối các tung đ ộ trên lại với nhau sẽ được đường bao nội lực cần vẽ. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Để tính toán nội lực tại các mặt cắt, trước tiên, ta vẽ đ ường ảnh hưởng mô men và lực cắt sau đó xếp tải trọ ng lên đ ường ảnh hưởng. Với tĩnh tải, ta xếp tải trọ ng lên toàn b ộ chiều dài đường ảnh hưở ng. Với ho ạt tải, xếp tải trọng lên đ ường ảnh hưởng tại vị trí bất lợi nhất. Mô men và lực cắt tại tiết diện b ất kỳ tính như sau: Ø TTGH cường độ : U = h {1, 25 DC + 1, 5DW + 1, 75 ( LL + IM )} Ø TTGH sử dụng: U = h {1, 0 DC + 1, 0 DW + 1, 0 ( LL + IM )} Khi sử d ụng phương pháp đ ường ảnh hưởng, công thức trên đ ược cụ thể hoá như sau: Ø Đối với TTGH cường độ : { } M = h (1, 25wDC + 1,5wDW ) wM + mg M é1, 75 ( LLL + LLP ) wM + 1, 75å LLMi yi (1 + IM )ù ë û Q = h {[1, 25w } + 1,5wDW ]wQ + mg Q é1, 75 ( LLL + LLP ) w1Q + 1, 75å LLQi yi (1 + IM ) ù ë û DC Đối với TTGH sử dụ ng: { } M = h 1, 0 wDC + 1, 0 wDW + mg M é1, 0 ( LLL + LLP ) wM + 1,0å LLMi yi (1 + IM )ù ë û Q = h {[1, 0 w } + 1, 0 wDW ]wQ + mg Q é1, 0 ( LLL + LLP ) w1Q + 1,0å LLQi yi (1 + IM ) ù ë û DC Trong đ ó: LLL : Tải trọng làn rải đ ều. LLMi : Tải trọng bánh xe thứ i của xe tải thiết kế ho ặc xe 2 trụ c thiết kế ứ ng vớ i tung độ yi củ a đường ảnh hưởng mô men. LLQi : Tải trọng bánh xe thứ i củ a xe tải thiết kế ho ặc xe 2 trụ c thiết kế ứ ng vớ i tung độ yi củ a đường ảnh hưởng lực cắt (phần có diện tích lớn hơn). mg M : Hệ số phân b ố ngang tính cho mô men (đ ã xét hệ số làn xe). mgQ : Hệ số p hân bố ngang tính cho lực cắt (đã xét hệ số làn xe). wDW : Tĩnh tải rải đều do lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng trên một đơn vị chiều dài (tính cho một d ầm). PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
wDC : Tĩnh tải rải đ ều do trọng lượng bản thân củ a dầm. wM : Diện tích đường ảnh hưở ng mômen tại mặt cắt thứ i. wQ : Tổ ng đ ại số d iện tích đ ường ảnh hưởng lực cắt. w1Q : Diện tích phần lớn hơn trên đường ảnh hưởng lực cắt. 1 + IM : Hệ số xung kích. Với dầm có chiều dài nhịp ltt = 14, 4 m , chia làm 10 đo ạn và tính đ ược nội lực như bảng sau: B ảng 1: Bảng giá trị diện tích đường ảnh hưởng mô men và lực cắt Các trị số để tính diện tích ĐAH Diện tích ĐAH Nộ i lực L (m) x(m) L-x ω ω1 ω2 ∑ω Mo 15 7,5 7,5 28,125 28,125 M1 15 6 9 27,000 27,000 M2 15 4,5 10,5 23,625 23,625 M3 15 3 12 18,000 18,000 M4 15 1,5 13,5 10,125 10,125 M5 15 0 15 0,000 0,000 Qo 15 7,5 7,5 1,875 -1,875 0,000 Q1 15 6 9 2,700 -1,200 1,500 Q2 15 4,5 10,5 3,675 -0,675 3,000 Q3 15 3 12 4,800 -0,300 4,500 Q4 15 1,5 13,5 6,075 -0,075 6,000 Q5 15 0 15 7,500 0,000 7,500 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bảng 2: Bảng giá trị mô men và lực cắt do tĩnh tải TTGH cường độ I TTGH sử dụng Mặt cắt Nộ i lực Đơn vị Dầm giữa Dầm biên Dầm giữa Dầm biên 0 M0 607,677 760,290 475,595 597,686 kN.m 1 M1 583,370 729,879 456,571 573,778 kN.m 2 M2 510,449 638,644 399,500 502,056 kN.m 3 M3 388,913 486,586 304,381 382,519 kN.m 4 M4 218,764 273,705 171,214 215,167 kN.m 5 M5 0,000 0,000 0,000 0,000 kN.m 0 Q0 0,000 0,000 0,000 0,000 kN 1 Q1 32,409 40,549 25,365 31,877 kN 2 Q2 64,819 81,098 50,730 63,753 kN 3 Q3 97,228 121,646 76,095 95,630 kN 4 Q4 129,638 162,195 101,460 127,506 kN 5 Q5 162,047 202,744 126,825 159,383 kN Bảng 3: Bảng giá trị mô men và lực cắt do hoạt tải TTGH cường độ I TTGH sử dụng Mặt cắt Nộ i lực Đơn vị Dầm giữa Dầm biên Dầm giữa Dầm biên 0 M0 1374,019 1643,344 785,154 939,054 kN.m 1 M1 1359,812 1618,364 777,035 924,779 kN.m 2 M2 1196,031 1422,264 683,446 812,722 kN.m 3 M3 929,296 1101,664 531,026 629,522 kN.m 4 M4 532,711 629,668 304,406 359,810 kN.m 5 M5 0,000 0,000 0,000 0,000 kN.m 0 Q0 175,193 193,148 87,461 110,371 kN 1 Q1 229,390 255,245 114,543 145,854 kN 2 Q2 289,215 324,407 144,445 185,375 kN 3 Q3 350,898 396,862 175,287 226,778 kN 4 Q4 414,437 472,611 207,071 270,063 kN 5 Q5 479,833 551,653 239,795 315,231 kN PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Bảng 4: Bảng tổng hợp giá trị mô men và lực cắt do toàn bộ tải trọng gây ra TTGH cường độ I TTGH sử dụng Mặt cắt Nộ i lực Đơn vị Dầm giữa Dầm biên Dầm giữa Dầm biên 0 M0 1981,696 2403,635 1260,749 1536,739 kN.m 1 M1 1943,182 2348,243 1233,607 1498,558 kN.m 2 M2 1706,480 2060,908 1082,946 1314,778 kN.m 3 M3 1318,210 1588,250 835,407 1012,041 kN.m 4 M4 751,475 903,373 475,620 574,977 kN.m 5 M5 0,000 0,000 0,000 0,000 kN.m 0 Q0 175,193 193,148 87,461 110,371 kN 1 Q1 261,800 295,794 139,908 177,731 kN 2 Q2 354,034 405,505 195,175 249,129 kN 3 Q3 448,126 518,509 251,382 322,408 kN 4 Q4 544,075 634,806 308,531 397,570 kN 5 Q5 641,881 754,398 366,621 474,613 kN Từ bảng trên vẽ đ ược biểu đồ bao mô men và lực cắt tính toán củ a dầm như sau: II.3 BỐ TRÍ CỐT THÉP DỌC CHỦ TẠI MẶT CẮT GIỮA NHỊP: Mặc dù các cấu kiện chịu uố n cũng đồ ng thời chịu cắt, xo ắn hoặc nén nhưng, theo kinh nghiệm thiết kế, các yêu cầu trong thiết kế kháng uốn sẽ khống chế việc lựa chọn kích thước và hình d ạng mặt cắt củ a cấu kiện. Do đó, việc thiết kế các cấu kiện thường b ắt đầu từ việc phân tích và thiết kế kháng uốn và, sau đó, kiểm tra lại theo các đ iều kiện cường độ kháng cắt, kháng xoắn, độ võng cũ ng như chống nứt. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Như đã biết, đố i với d ầm giản đơn, mô men tính toán lớn nhất xu ất hiện tại mặt cắt giữa nhịp. Ở đây, dầm biên có mô men tính toán lớn hơn dầm giữa và có độ lớn M u = 2403,635 kNm . Vậy ta tính toán thiết kế cốt thép dọ c chịu kéo cho dầm biên. Dầm biên có đặc trưng hình họ c đ ể tính toán như sau: Chiều cao dầm h = 1200 mm . - Chiều rộng bản cánh hữu hiệu b = 1900 mm - Chiều dày bản cánh tính toán h f = 186 mm - Chiều rộng sườn dầm bw = 200 mm - Chiều rộng bầu dầm b1 = 360 mm - Chiều cao bầu dầm tính toán h1 = 240 mm - Vớ i mô men uốn tính toán như trên, trình tự chọn và b ố trí cố t thép dọc chủ tại mặt cắt giữa nhịp như sau: · Giả định chiều cao có hiệu của mặt cắt: d = ( 0,8 ¸ 0,9 ) h » 1020 mm · Xác định vị trí trụ c trung hoà bằng cách so sánh mô men kháng củ a bê tông phần cánh d ầm sinh ra, M nf = 0,85fc¢ f (d - h f 2 ) , với mô men kháng yêu cầu, M n . Nếu bh M nf ³ M n thì trụ c trung hoà đi qua cánh, việc thiết kế đ ược thực hiện như đố i vớ i mặt cắt chữ nhật. Trong trường hợp ngược lại, trục trung hoà đ i qua sườn, việc thiết kế đ ược thực hiện theo các bước của mặt cắt chữ T: M nf = 0,85 fcbh f (d - hf 2 ) ¢ = 0,85 ´ 30 ´1900 ´186 (1020 - 186 2 ) = 7909, 666 kNm Mô men kháng yêu cầu M n = M u  = 2403, 635 0,9 = 2670,705 kNm . So sánh thấ y M nf ³ M n . Vậ y trục trung hòa đi qua cánh, việc thiết kế được thực hiện như đ ối với mặt cắt chữ nhật. · Tính toán chiều cao khối ứ ng su ất nén a b ằng việc giải trực tiếp phương trình là phương trình bậc hai theo a . Quan hệ giữa chiều cao khố i ứng su ất nén a với kích thước mặt cắt và mô men kháng danh định như sau PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
é öù Mn æ a = d ê1 - ç1 - 2 ÷ú 0,85 fc¢ 2 ø ú bd ê è ë û é öù æ 2670, 705 ´106 = 1020 ê1 - ç1 - 2 ÷ú 0,85 ´ 30 ´ 1900 ´10202 ø ú ê è ë û = 55,5 mm · Kiểm tra đ iều kiện dẻo củ a mặt cắt: a 55,5 c= = = 66, 4 mm 1 0,84 c 66, 4 = d 1020 = 0, 065 < 0, 42 Trong đó: c : Chiều cao trụ c trung hoà. 1 : Hệ số khố i ứng suất ì0,85 cho fc¢ £ 28 MPa ü ï ï ( f ¢ - 28 ) ï0,85 - 0, 05 c ï 1 = í ý 7 ïcho 28 MPa < fc¢ £ 56 MPa ï ï ï î0, 65 cho fc¢ > 28 MPa þ Do 28 < fc¢ £ 56 nên ( fc¢ - 28) 1 = 0,85 - 0,05 7 ( 30 - 28) = 0,85 - 0,05 7 = 0,84 Như vậ y, mặt cắt thoả mãn yêu cầu về diện tích cố t thép tối đ a để đ ảm b ảo tính dẻo. · Tính toán diện tích và bố trí cố t thép: 0,85 fc¢ ba As = fy 0,85 ´ 30 ´1900 ´ 55,5 = 420 = 6408 mm 2 Theo bảng cốt thép (bảng 2-7), chọn 12 thanh cốt thép, gồ m 8 thanh số 25 và 4 thanh số 29, có diện tích 6660 mm 2 và bố trí thành các hàng và các cộ t như hình vẽ. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Tương ứng với cách bố trí này, kho ảng cách từ thớ ngoài cùng đến trọng tâm cố t thép chịu kéo là: 4 ´ 60 ´ 645 + 4 ´ ( 60 + 70 ) ´ 510 + 4 ´ ( 60 + 2 ´ 70 ) ´ 510 d1 = 8 ´ 510 + 4 ´ 645 = 124,3mm Chiều cao có hiệu của mặt cắt là: d = h - d1 = 1200 - 124, 3 = 1075, 7 mm · Kiểm tra lại mặt cắt đ ã chọn: Chiều cao khối ứng su ất thực tế sau khi bố trí cốt thép là As fy a= 0,85 fc¢ b 6660 ´ 420 = 0,85 ´ 30 ´1900 = 56,8mm Kiểm tra tính dẻo củ a mặt cắt: c = a 1 = 56,8 0,84 = 67, 9 mm c d = 67, 9 1075, 7 = 0, 063 < 0, 42 Þ Tho¶ m·n Kiểm toán đ iều kiện cường độ củ a mặt cắt M n = As fy (d - a 2 ) = 6660 ´ 420 (1075, 7 - 56,8 2 ) = 2928133582 Nmm = 2928,134 kNm > 2403, 635 kNm Þ Tho¶ m·n · Kiểm tra hàm lượng cố t thép tối thiểu: PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com