Thiết kế kết cấu kỹ thuật

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG PHẦN II: THIẾT KẾ KẾT CẤU I.GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT: 1.1.Kết cấu nhịp: - Cầu gồm 5 nhịp giản đơn, dầm Super - T có sơ đồ nhịp như sau: 5 x 39 (m). - Mặt cắt ngang cầu có 5 dầm chủ đặt cách nhau 2.340m - Bản mặt cầu có bề dày bằng m . lớp phủ BTN dày 0.07m - Các kích thước theo phương ngang cầu: Lan can 0.3 m Số lượng : 2 Lề bộ hành 1.2 m Số lượng : 2 Chiều rộng 1 làn xe 4.5 m Số lượng : 2 Dải phân cách 0 m Số lượng : 0 =>Tổng bề rộng cầu B = 12 m 0.2 i = 1% i =2% i =2% i = 1% 700 ống thoát nước 3001200 1200300 61 0 80 0 17 00 20 0 1320 2340 2340 256 132023402340 61 5 4500 6000 4500 1: 1.75 2% MẶT CẮT NGANG CẦU ( TL : 1-100 ) SV : NGÔ ANH TUẤN 125 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG I.) TÍNH TOÁN LAN CAN 1.) Cấu tạo chung Tiết diện lan can ống thép D = 112 mm, d = 102 mm Khoảng cách hai thanh lan can : 396 mm Khoảng cách giữa 2 trụ lan can 2480 mm Bề rộng lề bộ hành 1200mm Bề rộng bản lề bộ hành : 100 mm Vật liệu thép nhúng kẽm N/m3 2.) Tính toán lan can 2.1 Sơ đồ tính toán Ta xem như bỏ qua tác dụng của thanh chống Thanh lan can đươc xem như 1 dầm liên tục,để đơn giản đưa về sơ đồ dầm giản đơn để tính, sau đó điều chỉnh bằng các hệ số CHƯƠNG I TÍNH TOÁN LAN CAN + BẢN MẶT CẦU 78500thγ = 300 1200 61 0 80 0 Ø112 Ø102 150 2480 950 P = 890 N w = 0.37 N/mm q = 0.132 N/mm P = 890 N SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN M1 M2 SV : NGÔ ANH TUẤN 126 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG 2.2) Tải trọng tính toán Hoạt tải thiết kế : - Lực tập trung : P = 890 N tác dụng theo hai hướng thẳng đứng và phương ngang - Lực phân bố đều : w = 0.37 N/mm tác dụng theo hai hướng - Tải trọng bản thân thanh lan can qth = = N/mm 2.3) Kiểm toán lực cho lan can Lan can thỏa mãn điều kiện chịu lực = Mp - Þ : Hệ số sức kháng Þ = 1 - Hệ số điều chỉnh tải trọng = 1.05 > 0.95 = 1 = 1 = 1.05 - Hệ số tải trọng = 1.25 = 1.75 của tĩnh tải vàhoạt tải người - Mi - S - + M1 = M1 = + M2 = + M2 = + M = Mgn = = Mg = = Lấy momen ở gối để tính Mp = Mg 1588442 N.mm Momen tại gối ở TTGH cường độ 0.7*M 1588442 N.mm N.mm 0.5*M 1134601 N.mm Momen tại giữa nhịp ở TTGH cường độ . (P.L/4 + w.L 2/8) 1536620.4 N.mm 2269202 Sức kháng thanh lan can Momen lớn nhất do tĩnh tải và hoạt tải ( ( P*L/4 + w.L2/8) + .q th.L 2/8) 1669753.486 N.mm 0.131939 Cho các thiết kế thông thường Cho các mức dư thông thường Đối với các cầu quan trọng Momen lớn nhất tại giữa nhịp 2 2 ( * * * )*78500 /1000 4 4th th D dA γ = Π − Π n i iM Mφ ≥ η γ∑ n yM f S= × η η D R I* *η η η Dη Rη Iη γ DLγ η DLγ PLγ η PLγ PLγ 2 2 1 2M M+ SV : NGÔ ANH TUẤN 127 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG Tính sức kháng của lan can = = d/D = 0.91 M = Þ*fy*S = N.mm Mp = < M = 3.) Tính toán trụ lan can 3.1 Tính toán 3.2) Tính tải tác dụng + Tấm thép N1: LT1 = mm V1 = = + Tấm thép N2: A2 = mm 2 V2 = = + Tấm thép đáy: Vđ = m 2 + Các thanh chống giữa bhai cột lan can ( 15 thanh chống) Ach = m 2 Vch = 15* Ach* t = + Thể tích của thanh lan can Vlc = m 3 + Quy về tải tác dụng lên cột lan can Qc = (V1 + V2 + Vd + Vch +Vlc )* N 10523297 0.001324 m3 m3 m3 N.mm Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chịu lực 43847.07 mm3 10523297.14 1588442 N.mm Lan can làm bằng thép CT3 có fy = 240 Mpa 1273.2 69138 0.000234 t*b*L 0.002533 0.016887 A * t 0.000553 1018.989 0.008337 3 4S 0.1 D (1 )= × × −α α η ( )2 22 0.112 / 4 0.102 / 4 2.48pi pi× × − × × = thγ = 61 0 R5 6 R51 64 53 6 10 50 0. 89 R51 R5 6 164 CHI TIẾT N1 128 130 180 130 8 180 8 8 27 7 0 90 45 MẶT I - I 112 8 50 0. 89 II-IICHI TIẾT N2 THANH CHỐNG 99 10 0 18 4 10 0 40 TẤM ĐÁY R50.8 R 50.8 13 0 SV : NGÔ ANH TUẤN 128 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG Hoạt tải gồm các lực: P = 890 N w = 0.37 N/mm Tổng hợp các lực tác dụng lên thanh lan can F = P + Qc = N Trường hợp 1: M1 = w * L * 1026 = N.mm N1 = w * L + F = N M2 = w*L*1026 + w * L * 630 = N.mm N2 = 2* w* L + Qc = N Trường hợp 2 : M1 = w * L * 1026 + P *1026 = N.mm N1 = w * L + Qc = N M2 = w*L*1026 + w * L * 630 + P *1026 = N.mm N2 = 2* w* L + F = N 2432685.6 2854.189 941457.6 2826.589 1519546 1908.989 2854.189 1936.589 1854598 thγ = 48 0 W = 0.37 N/mm P = 890 N 15 0 39 6 39 6 15 0 P = 890 N W = 0.37 N/mm 48 0 SV : NGÔ ANH TUẤN 129 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG Chọn Mu = M2 = N.mm Nu = N2 = Để tính toán 3.4) Kiểm tra khả năng chịu lực của bulông tại chân cột Dùng 4 bu lông Þ 20 CT3 Diện tích thân bu lông là : F = 245 mm2 Cường độ kéo Min của bu lông Fk = 170 MN/m 2 = 170 N/mm2 Sức kháng cắt danh định của bu lông ở trạng thái GHCĐ Rn = 0.38 . Ab . F . N (Điều 6.13.2.7-1 , 22TCN-272-05) Ab Diện tích bu lông tương ứng vói đường kính danh định A b = 245 mm 2 F Cường độ kéo nhỏ nhất của bu lông N Số lượng các mặt phảng chịu cắt tính cho mỗi bu lông N = 1 Rn = 0.38 . Ab . F . N = N Sức kháng kéo danh định của bu lông tương ứng vói đường kính danh định Tn = 0.76 .Ab . F (Điều 6.13.2.10.2-1 , 22TCN-272-05) Tn = 0.76 .Ab . F = N Lực cắt tác dụng lên một bu long tương ứng với đường kính danh định Nc = 1/4 * 2 * ( P + w*L) = N < Rn = N Lực kéo tác dụng lện một bulong Nk = li Khoảng cách giữa hai dãy bulong ngoài cùng l1 = 90 mm m : Số bulong trên một dãy , m = 2 15827 N.mm 15827 2432686 2854.189 31654 903.8 u 1 2 i M .l m. l∑ 30 180 8 8 27 7 0 90 45 13 0 SV : NGÔ ANH TUẤN 130 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG Nk = = N < Tn = N KL : Bulong đủ khả năng chịu lực 4.) Tính toán trụ lan can 4.1) Kích thước trụ lan can h = 800 mm b = 300 mm Bố trí thép 6Þ12 a 160 cốt kép Diện tích mặt cắt bê tông Atr = mm 2 fc = 0.6f'c = 0.6* 30 = 18 Mpa Tỷ trọng bê tông = N/mm3 Mô đun đàn hồi bê tông 28 này tuổi Ec = 0.043 * * = Mpa Diện tích cốt thép chịu kéo As và cốt thép chịu nén A's As = 1017 mm2 A's = 1017 mm2 Khoảng cách từ bê tông chịu nén đến trục trung hòa c : a = = mm 0.85 * f'c *ßt *b Chiều cao trục trung hòa : c = a/ßt = mm ßt = 0.85 Momen kháng uốn danh định của mặt cắt bố trí thép đơn Mn : Mn = 0.85 * f'c * b*ßt * c *(h - c* ß/2) = N.mm Mn*Þ = N.mm Với Þ = 0.95 Momen chống uốn do hoạt tải gây ra M M = Mu = N.mm M. = N.mm Lực dọc do hoạt tải gây ra N : N2 = Nu = N N = 0.1* *f'c * A tr = N Với = 0.75 Do N > N2 suy ra ta chỉ cần kiểm tra momen 43.79239As * fy 51.52046 240000 0.000025 26752.5 13514.92 31654 2554320 2854.189 540000 260673929.2 247640232.8 2432686 u 1 2 i M .l m. l∑ btγ 1.5 cγ 'cf η ϕ ϕ SV : NGÔ ANH TUẤN 131 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG Mn = Nmm > M = Nmm Thỏa mãn điều kiện chịu lực II.) TÍNH TOÁN LỀ BỘ HÀNH 1.) Sơ đồ tính toán Chiều dày lề bộ hành : 100 mm Chiều dài nhịp tính toán : Ltt = 950 mm Tải trọng người = 3 kPa = N/mm2 Xét 1 đơn vị chiều dài theo phương dọc cầu để tính toán, lấy bề rộng = 1000 mm Tải trọng người bộ hành : PL = 0.003 x 1000 = 3 N/mm Tải trọng bản thân tác dụng lên lề bộ hành] DL = x A A : Diện tích mặt cắt ngang theo phương dọc cầu A = tbm x 1000 = mm 2 = 2500 kG/m3 = N/mm3 tbm : Chiều dầy bản = 100 mm DL = 2.5 N/mm Chọn hệ số tải trọng = 1 = 1 = 1.05 = = 1.05 > 0.95 Momen tại giữa nhịp ở trạng thái giới hạn cường độ : 0.003 100000 0.000025 2554320247640232.8 btγ btγ η Dη Rη Iη D R I* *η η η 10 0 27 4 39 6 15 0 300 1200 61 0 80 0 Ø112 Ø102 950 SV : NGÔ ANH TUẤN 132 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG Mu = = N.mm Momen tại giữa nhịp ở trạng thái giới hạn sử dụng Ms = = N.mm Ta lấy momen tại giữa nhịp của dầm giản đơn để thiết kế cốt thép : 2.) Tính toán cốt thép h = 100 mm chiều cao tiết diện b = 950 mm chiều rộng tiết diện f'c = 30 N/mm 2 Cường độ bê tông ở 28 ngày tuổi fy = 280 N/mm 2 cường độ chảy của cốt thép Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ 20 mm Chọn thép Þ 12 Chiều cao hiệu quả của mặt cắt : ds = h - 2 - Þ/2 = 74 mm Chọn hệ số sức kháng : Þ = 0.9 Chiều dày của khối ứng suất tương đương : a = ds - = mm f'c = 30 N/mm 2 nên ß1 = 0.85 (Theo 5.7.2.2 - 22TCN - 05) ß1 : Hệ số quy đổi vùng nén : Chiều cao trục trung hòa : c = a/ß1 = 0.73 mm Tính giá trị c/ds = 0.01 < 0.42 Diện tích cốt thép : As = = Hàm lượng cốt thép : = Hàm lượng cốt thép tối thiểu : = (Theo 5.7.3.3.2-1 của 22TCN-272-05) Vì < nên lấy = để tính toán diện tích cốt thép : 0.003214 620468.8 0.617460248 53.42134 0.000562 mm2 992044.92( ) /8DL PL ttDL PL Lη γ γ× × + × × 2( ) /8DL PL ttDL PL Lη γ γ× × + × × 2 u s ' c 2 Md 0.85 f b × − φ× × × y c f baf ××'85.0 sA b h ρ = × ' c min y 0.03 f f ×ρ = ρ minρ ρ minρ SV : NGÔ ANH TUẤN 133 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG As = * b * h = mm2 Chọn Þ12 a150 để bố trí cốt thép chịu momen dương của lề bộ hành : Bố trí cốt thép chịu momen âm cũng như momen dương Kiểm tra điều kiện c/ds < 0.42 Với cốt thép bố trí trong phạm vi 0.95 m bố trí được 6 thanh Þ12 As = 6 * * 122 /4 = mm2 Ta tính lại giá trị a = mm Chiều cao trục trung hòa : c = a/ß1 = mm Giá trị c/ds : c/ds = < 0.42 (thỏa mãn ) 3.) Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng : Momen tác dụng ở trạng thái giới hạn sử dụng là : Ms = N.mm Diện tích cốt thép chịu kéo : As = mm2 Chiều cao có hiệu của mặt cắt : ds = 74 mm Giả sử dầm đặt trong điều kiện khí hậu bình thường có Z = N/mm Diện tích trung bình của bê tông bọc quanh 1 cây thép chịu kéo A = Ae/n =(25*2) * 1000/5 = mm 2 Ae : Diện tích bê tông bọc quanh nhóm thép chịu kéo n : Số lượng cốt thép nằm trong vùng kéo fsa = Z/ (dc * A) 1/3 = Mpa > 0.6 * fy = 168 Mpa Lấy fsa = 0.6 *fy = 168 Mpa Mô đun đàn hồi của cốt thép thường Es = Mpa Mô đun đàn hồi của bê tông : Ec = 0.043 * * với = kg/m3 Ec = Mpa Tỷ số mô đun đàn hồi : n = Es/Ec = 2400 26752.5 7.475937 10000 476.4177 30000 200000 678.584 678.584 9.227391 10.85575 305.3571 0.146699 620468.8 minρ ρ minρ minρ pi s y ' c 1 A f a 0.85 f b × = × × ×β 950 10 0 20 190 1.5 cγ 'cf cγ SV : NGÔ ANH TUẤN 134 MSSV : 103105059 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN TRƯỜNG TRUNG Lấy momen đối với trục 0 - 0 : bx2/2 = n * As * X Đặt : e = n * As/ b = mm Bề rộng bê tông chịu nén : x = - e + = mm Momen quán tính của tiết diện đối với trục 0 - 0 Icr = b * x3/3 + n * As * (ds - x) 2 = mm4 Ứng suất bê tông tại trọng tâm cốt thép : fs = n * Ms *(ds - x)/ Icr = Mpa Kiểm tra : fs = Mpa < fsa = Mpa KL : Thỏa mãn điều kiện ở trạng thái giới hạn sử dụng 23.2754 5020534 46.86561 46.86561 168 5.340054 x d s d c b 0 - 0 2 se 2e*d+ SV : NGÔ ANH TUẤN 135 MSSV : 103105059