Thiết kế kỹ thuật cầu Bình Ba

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT PHẦN 2 THIẾT KẾ KỸ THUẬT SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 81 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT I . LAN CAN Cầu Bình Đa nối khu đô thị Phía Nam với trung tâm tỉnh Bến Tre. Với cấp đường địa phương ,ít xe tải nặng và tốc độ trung bình. Nên ta chọn lan can cấp L2 để tính toán (theo A13.7.3.3-1 22TCN 272-05) Ft = 120 FL = 40 Fv = 20 Lt = LL = 1220 Lv = 5500 Hemin = 510 - Đặc trưng vật liệu : Bê tông cấp 30 có: Cường độ chịu nén f'c = 30 MPa = Trọng lượng riêng của bêtông γc = 2500 = Modun đàn hồi = Thép lan can: Modul đàn hồi ES = Mpa = Trọng lượng riêng của thép γthép = 7850 = Kích thước lan can : - = = = L = = = KN KN KN mm mm mm fu 550 MPa B 250 2000 fy 280 H 1310 Hw 500 Kg/m3 KN/m3 29440.087 mm mm KN/m2 200000 200000000 KN/m2 CHƯƠNG 9 . THIẾT KẾ LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH Kg/m3 KN/m378.5 30000 25 mm mm Mpa Mpa '5.1043.0 cCC fxxE γ= 76 50 0 200 1800 200 63 50 0 24 7 50 0 R3 0 R38 9 200 200 81 0 50 0 13 10 60 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 82 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT 1 . Tính toán trọng lượng bản thân lan can Diện tích mặt cắt ngang của phần bê tông F = 0.25x0.5 = - Trọng lượng khối bê tông phân bố theo chiều dài dầm q = F x γc = 0.125x25 = Tiết diện cột thép (xét cho 1 cột) V =[2x0.2x0.006+0.06x(0.25-2x0.006)]x0.8+0.25x0.01x0.2= Trọng lượng 1 cột thép P =γS x V 0.0035624x78.5 = Mỗi cột liên kết với tường bê tông bằng 4 bulông l = 300 mm d = 20 mm Pbl = 7.39 N = => Pcột = P + Pbl = 0.2796484+0.0073947 = Số nhịp lan can L 2000 Số cột lan can ncot = 17 - Tĩnh tải tác dụng phân bố trên chiều dài dầm - Tĩnh tải ống thép Л(D2-d2)γs 3.14x(0.076 2-0.0682)x78.5 Trọng lượng 1 thanh lan can P = V*γs = (0.004*0.5*0.076)*78.5 = Toàn nhịp có tổng số thanh nthanh = 8x16 = 128 (thanh) - Tĩnh tải phân bố của các thanh lan can trên chiều dài dầm 128x0.011932 Tổng tĩnh tải lan can q = qbt +qcột+2xqống +qthanh= 3.125+0.1506+2x0.071+0.0471 = 2 . Sức kháng của gờ bêtông Sức kháng của gờ bêtông được xác định bằng phương pháp đường chảy như sau: Đối với va xô trong một phần đoạn đường : Trong đó: Rw Tổng sức kháng bên của lan can(N). 3.125 0.0035624 KN 0.280 0.0073947 0.287 16.2 KN KN KN 0.011932 = KN/m m3 m20.125 n = = 32400 2000 qcột = ncộtxPcột L KN/m= 32.4 17x0.2870431 = 0.1506 qống = 4 = KN/m 4 = 0.071 qthanh= 32.4 = KN/m0.0471 KN/m3.465 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= W CC WWb tc W H LMHMMx LL R 2 88 2 2 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 83 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT Lc Chiều dài tới hạn của kiểu phá hoại theo đường chảy(mm). Lt Chiều dài phân bố của lực va theo phương dọc(mm). Mw Sức kháng uốn của tường(Nmm/mm). Mc Sức kháng uốn của tường hẫng (Nmm/mm). Mb Sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với Mw nếu có tại đỉnh tường (Nmm). Hw Chiều cao tường bê tông. Chiều dài tường xuất hiện cơ cấu chảy Bố trí cốt thép gờ bê tông Lớp bê tông bảo vệ 25 mm Thép dọc 10 10 mm Thép đai 12 12 mm Bước đai 200 mm Hệ số sức kháng uốn Ф = 0.9 * Sức kháng uốn của tường : Mw - Diện tích cốt thép chịu kéo 314 mm2 - Chiều cao vùng bê tông chịu nén - Khoảng cách từ mép nén xa nhất tới trọng tâm thép chịu kéo a 6.9 2 2 * Sức kháng uốn của tường hẫng : Mc - Diện tích cốt thép chịu kéo 565 mm2 - Chiều cao vùng bê tông chịu nén - Khoảng cách từ mép nén xa nhất tới trọng tâm thép chịu kéo = a = Asfy 0.85xf'cb = mm208 mm a = Asfy = 565.2x280 = 12.412 0.85x30x500 314x280 0.85x30x500 = 6.896 d = B-25-Ф2-(Ф1/2) = 250-25-12-(10/2) KN.mmMW= ФAsfy d - = 0.9x314x0.28x208- = 16185.79 mm 0.85xf'cb 2 t t b w w c c L L 8H(M + M H ) L = + + 2 2 M ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ Φ Φ 2 2 S nπΦ 4×3.14×10A = = 4 4 = 2 2 S nπΦ 5×3.14×12A = = 4 4 = SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 84 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT a 12.4 2 2 * Chiều dài đường chảy = KN Va xô tại đầu tường hay mối nối = = mm = = KN 3 . Sức kháng của dầm và cột a.Va xô giữa đoạn lan can - Xét trường hợp va xe vào giữa nhịp lan can - Dạng phá hoại : có số nhịp lẻ - Đường kính ngoài tay vịn D = 60 - Đường kính trong tay vịn d = 54 mm mm Mc= ФAsfy d - 1.32 d = B-25-Ф2/2 148.798 mm= 250-25-12/2 = 219 KN.mm0.9x565.2x0.28x219- KN.mm = = mm1810.073 = = 30308.33 = 1321.062 219.4411751 bM = wL×0.145 + wL×0.745 + P×0.745 = 0.37 2 0.145 + 0.37 2 0.745 + 0.89 0.745× × × × × = 2 t t b w w c c L L 8H(M + M H )L = + + 2 2 M ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ 33.30308 )50079.1618532.1(5008 2 1220 2 1220 2 xx ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= W CC WWb tc W H LMHMMx LL R 2 88 2 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − 500 073.181033.3030850079.16185832.18 1220073.18102 2 2xxxxx x C Wbtt C M HMMHLL L )( 22 2 ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= 33.30308 )50079.1618532.1(500 2 1220 2 1220 2 x++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= H LMMMx LL R CCWb C W 2 2 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − 500 062.132133.3030879.1618532.1 1220062.13212 2 2xx x SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 85 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT - Sức kháng của hệ dầm và cột: Trong đó: RR Sức kháng cực hạn lan can(N) MP Sức kháng đường chảy của tất cả các thanh lan can(Nmm) PP Sức kháng cực hạn của một cột đơn ở cao độ Y trên mặt cầu(N) L Chiều dài một nhịp lan can(mm) Lt Chiều dài của tải trọng xô va(mm) Ta thấy L > Lt , nên phá hoại chỉ xảy ra với 1 nhịp lan can, N = 1 Moment chống uốn của thép = Sức kháng của thanh lan can Mp = ФfuW = 0.9x550x7428.24 = b.Va xô tại cột lan can - Khi xe va vào cột lan can, số lượng lan can bị phá hoại N là chẵn - Sức kháng của hệ dầm và cột: Tiết diện cột Diện tích tiết diện 1200 mm2 Sức kháng đơn lẻ của cột Asfud H 16x3676.98+2^2x201.3x2000 KN mm3 = 201.3 1200x550x10^-3x(250-6) 800 Pp = = KN246.199=RR = 16Mp+N 2PpL 2NL-Lt = 2x2x2000-1220 7428.24 KN.mm 21.162 KN 3676.98 RR= 16Mp 2NxL-Lt = 16x3676.98 2x1x2000-1220 = B (mm) b' (mm) δ (mm) 200 250 6 P P R t 16M + (N -1)(N +1)P LR = 2NL - L P R t 16MR = 2NL - L 2 P P R t 16M + N P LR = 2NL - L A = B×δ = 54 60 54 60 250 20 06 6 6 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−= ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−= 4 3 4 3 60 541601.011.0 xx D dDW SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 86 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT Trong trường hợp xe va vào cột lan can thì sức kháng của phần gờ bêtông bị giảm do trọng lượng kết cấu phần trên. Khi đó sức kháng của tường bê tông được tính như sau: 3.Kiểm toán lan can a. Kiểm toán lan can trên đường ôtô ĐK : R > Ft = 120 Y > Hemin = 510 Bảng tổng hợp kiểm toán lan can Đoạn tường,giữa nhịp lan can ĐẠT Đoạn tường, cột lan can ĐẠT Đầu tường, giữa nhịp lan can ĐẠT Đầu tường, cột lan can ĐẠT =>Kết luận: lan can thỏa mãn điều kiện chịu lực va xe. b. Kiểm toán lan can đối với người đi bộ - Giả thiết cắt một dãi lan can dài 2m theo phương dọc cầu để kiển toán. Theo phương ngang cầu, lực tác dụng như hình vẽ - Trị số tải trọng thiết kế w = = 0.37 P = = 0.89 L = KN mm Kết luận Sức kháng Sức kháng Sức kháng Chiều cao Tổ hợp va xô tường BT cột, dầm hệ lan can kháng Rw(KN) RR(KN) R(KN) Y(mm) 219.441 21.162 240.604 685.615 81.301 246.20 327.500 1144.831 148.798 21.162 169.960 530.755 151.944 246.20 398.143 1030.418 370 KN/m 890 KN N/m N 2 Trường hợp 1 Trường hợp 2 m ' W W P R W W R H - P HR = H P W W W W P W W W W SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 87 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT - Trường hợp 1 + Hợp lực tác dụng lên lan can theo phương đứng Fdl = = 2x0.37x2+0.89 = + Hợp lực tác dụng lên lan can theo phương ngang Fnl = 2wL = 2x0.37x2 = + Moment tại vị trí ngàm M1 = wL(x1+x2) = 0.37x2(0.747+1.247) = - Trường hợp 2 + Hợp lực tác dụng lên lan can theo phương đứng Fdl = = 2x0.37x2 = + Hợp lực tác dụng lên lan can theo phương ngang Fnl = = 2x0.37x2+0.89 = + Moment tại vị trí ngàm M1 = wL(x1+x2)+Px2 = = Mr = Mu Thỏa mãn điều kiện chịu lực II . LỀ BỘ HÀNH - Đặc trưng vật liệu : + Bêtông cấp 30MPa Mođun đàn hồi = f'c = + Cốt thép cấp 280 Mođun đàn hồi Es = fy = fu = - Giả thiết cắt một dải lề bộ hành dài 1m theo phương dọc cầu để tính toán. Khi đó sơ đồ tính là một dầm giản đơn tiết diện chữ nhật có các thông số tính toán như sau: PL = ltt = b = h = qt = qh = ĐAH momen tại MC giữa nhịp 3 1.245 1 0.1 KN/m3 m KN/m2.5 m m KN.m KN/m2 280 MPa 550 MPa 30 MPa 200000 MPa 2.585 29440.087 MPa KN2wL+P KN.m0.37x2(0.747+1.247)+0.89x1.247 KN2wL+P KN 1.47556 2.37 16.19 KN.m 1.48 KN.m 2.585 1.48 KN2wL 2.37 ( )u 1 2 2M = max M ; M = M = 1.5 ' c c cE = 0.043γ f q =2.5KN/m tt ht q =3KN/m 1245 SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 88 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT (ĐAH M) w M = 0.31125*1.245/2= 0.19 m 2 Momen cực hạn tại MC giữa nhịp: Mu = 1.25*qtt*w M+1.75*qht*w M = 1.25x2.5x0.194+1.75x3x0.194 = Momen tính toán Mn = Mu/Ф (Ф=0.9) = - Hàm lượng cốt thép tối thiểu = - Hàm lượng cốt thép tối đa = Trong đó β1 = 0.85 Giả thiết chọn ρ = 0.5ρmax = Chiều dày lớp bêtông bảo vệ dc = ds = As = = 0.02x1x1000x75 = Chọn bố trí cốt đơn 10 Φ15 As = = = Hàm lượng cốt thép yêu cầu = mm mm mm2 T/m2 0.020 25 75 1766.25 1500.000 mm2 10.980 356.598 0.014 1.805 KN.m 0.005 0.040 1.625 KN.m min y 14ρ = f y ' c f m = 0.85f u n 2 MR = φbd n yc y 2mR1ρ = 1- 1- m f ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ q =2.5KN/m tt ht q =3KN/m L /4=0.31125tt 1245 ' c max b 1 y y 0.85f 6120ρ = 0.75ρ = 0.75× β f 6120 + f ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ Sxbxdρ SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 89 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - THIẾT KẾ CẦU BÌNH ĐA PHẦN 2-THIẾT KẾ KỸ THUẬT As = = 0.014x1x1000x75 = - Vậy chọn bố trí cốt đơn 9 Φ12 As = Khi đó hàm lượng cốt thép thực tế là = - Kiểm tra khả năng chịu lực: = Mntt = > Mn = 1.805 =>Kết luận lề bộ hành đủ khả năng chịu lực. - Theo phương dọc cầu bố trí cốt thép theo tỉ lệ phần trăm khi cốt thép chính vuông góc với luồng giao thông như sau: ≤ 67% Bố trí A's = 0.67 x As = Vậy chọn bố trí 10 Φ10 A's = KN.m 0.014 mm2 mm2 mm2 KN.m mm21050.000 681.63 785 1017.36 19.773 19.773 Số phần trăm tt tt Aρ = bd tt y2 ntt tt y ' c ρ f M = ρ f bd 1- 1.7f ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠ Sxbxdρ SVTH: BÙI ĐĂNG THUẦN 90 CHƯƠNG 9-THIẾT KẾ LAN CAN LỀ BỘ HÀNH