Thiết kế kỹ thuật cầu dầm bê tông cốt thép, dầm I căng trước

PHAÀN II: THIEÁT KEÁ KYÕ THUAÄT CAÀU DAÀM BTCT, DAÀM I CAÊNG TRÖÔÙC Chöông 1 : THIEÁT KEÁ VAØ TÍNH TOAÙN LAN CAN 1.caùc thoâng soá ban ñaàu: Lan can laø boä phaän ñöôïc thieát keá doïc theo leà caàu ñeå ñaûm baûo cho ngöôøi ñi vaø xe coä khoâng bò rôùt xuoáng soâng, ngoaøi ra lan can coøn phaûi theå hieän tính thaåm myõ, taïo hình thaùi haøi hoøa vôùi caùc coâng trình vaø caûnh quan xung quanh. Vôùi nhöõng yeâu caàu kyõ thuaät, thieát keá ñaõ neâu ta chæ caàn thieát keá lan can daønh cho ngöôøi ñi boä, tuy nhieân ñeå ñaûm baûo an toaøn . 1.1.SÔ ÑOÀ CAÁU TAÏO: 1.2. ÑAËC TRÖNG VAÄT LIEÄU: -Theùp maï keõm: + Cöôøng ñoä giôùi haïn chaûy: fy = 280 Mpa = 28000 T/m2 + Moñun ñaøn hoài: Es = 200000 Mpa = 2.107 T/m2 - Beâ toâng ôû 28 ngaøy tuoåi: + Cöôøng ñoä chòu neùn: fc’ = 30 Mpa = 3000 T/m2 + Troïng löôïng rieâng cuûa beâ toâng: yc = 2500 Kg/m3 + Moñun ñaøn hoài: Ec = = 29440 Mpa 2. TÍNH TOAÙN LAN CAN: - Ñoái vôùi lan can ñöôøng ngöôøi ñi boä: + Hoaït taûi phaân boá ñeàu, taùc ñoäng ñoàng thôøi theo caû hai höôùng naèm ngang vaø thaúng ñöùng vôùi cöôøng ñoä: W = 0,37 N/mm. + Taûi taäp trung theo höôùng baát kì taïi ñænh lan can coù cöôøng ñoä 890 N(coù theå taùc ñoäng ñoàng thôøi vôùi taûi troïng phaân boá ñeàu ôû treân). - Do chieàu daøi moãi nhòp tính toaùn laø 2m neân hoaït taûi phaân boá ñeàu ñöôïc qui veà taûi taäp trung: WTT = 0,37. 2000 = 740 N 3. Kieåm toaùn gôø lan can - Tính noäi löïc theo tröôøng hôïp 1: + Momen taïi vò trí ngaøm: M1 = 0,074.0,5 + 0,89.0,996 + 0,074.0,996 = 0,997 (Tm) + Löïc theo phöông ngang taïi vò trí ngaøm: Vn1 = 0,074 + 0,074 + 0,89 = 1,038 (T) + Löïc theo phöông ñöùng taïi vò trí ngaøm: Vñ1 = 0,074 + 0,074 = 0,148 (T) - Tính noäi löïc theo tröôøng hôïp 2: + Momen taïi vò trí ngaøm: M2 = 0,074.0,5 + 0,074.0,996 = 0,11 (Tm) + Löïc theo phöông ngang taïi vò trí ngaøm: Vn2 = 0,074 + 0,074 = 0,148 (T) + Löïc theo phöông ñöùng taïi vò trí ngaøm: Vñ2 = 0,074 + 0,074 + 0,89 = 1,038 (T) - Töø caùc giaù trò momen treân ta choïn M = 0,997 Tm ñeå thieát keá theùp. - Ghi chuù: + Lôùp beâ toâng baûo veä toái thieåu laø 25 mm + Ñöôøng kính thanh coát theùp doïc laø 10mm + Ñöôøng kính thanh coát ñai laø 12 mm + Böôùc thanh coát ñai 200mm. - Dieän tích coát theùp : As = 3,14.5.(12)2/4= 565,2 (mm2) - Chieàu cao coù hieäu: d = 250 – 25 – 6 = 219 (mm). a: chieàu cao vuøng beâ toâng chòu neùn. a = = = 24,82 (mm). - Ta coù: MR = 0,9 .565,2.280.(219 – 24,82/2) = 2,94 Tm - Keát luaän : Mu = 0,997 Tm < MR = 2,94 Tm Þ gôø lan can ñuû khaû naêng chòu taûi (thoûa). 4. Söùc khaùng cuûa daàm vaø coät: 4.1. Xeùt tröôøng hôïp taûi taùc duïng vaøo giöõa nhòp lan can: + Khi taûi taùc duïng giöõa nhòp lan can, daïng phaù hoaïi goàm soá löôïng nhòp lan can N laø leû (N = 1) RR = - Trong ñoù: + RR :khaû naêng cöïc haïn cuûa thanh lan can (N) + Mp : söùc khaùng phi ñaøn hoài hoaëc söùc khaùng ñöôøng chaûy cuûa thanh lan can (Nmm) + Pp : söùc khaùng taûi troïng ngang cöïc haïn cuûa coät ñöùng ñôn leû ôû ñoä cao HR phía treân maët caàu (N) + L: chieàu daøi moät nhòp lan can (mm) + Lt : chieàu daøi phaân boá cuûa löïc taùc duïng theo höôùng doïc baèng 2000(mm) - Vôùi N = 1 ta coù: RR = - Ta coù : + D : 112 (mm) ñöôøng kính ngoaøi + d : 103.6 (mm) ñöôøng kính trong D d = 0.925 W = 0,1.D3(1-a4) = 0,1.1123.(1- 0,9254) = 37638,8 (mm3) Mp = f . fu. W - Trong ñoù: + fu: cöôøng ñoä chòu keùo cuûa coät, thanh lan can = 280Mpa Mp = 0,9.280.37638,8 = 9485 (kNmm) + L: chieàu daøi nhòp lan can 2000 (mm) RR = RR = = 151,76 (kN) 4.2. Xeùt tröôøng hôïp taûi va coät lan can : (N=2) RR = - Ta coù: B (mm) b’ (mm) d (mm) As = B.d (mm2) d= b’-d (mm) Pp= As. fu.d/Hcoät (kN) RR (kN) 130 150 8 1040 172 70,54 119,3 - Trong ñoù: + Hcoät = 710mm - Töø keát quaû tính toaùn söùc khaùng cuûa thanh lan can vaø coät lan can: + V= 1,038T < 15,1 T (Söùc khaùng cuûa thanh lan can) + V =1,038T < 11,9 T (Söùc khaùng cuûa coät lan can) Þ lan can leà ngöôøi ñi thoõa caùc ñieàu kieän veà söùc khaùng. Chöông 2 : THIEÁT KEÁ VAØ TÍNH TOAÙN LEÀ BOÄ HAØNH 1. ÑAËC TRÖNG VAÄT LIEÄU: -Theùp: + Cöôøng ñoä giôùi haïn chaûy: fy = 280 Mpa = 28000 T/m2 + Moñun ñaøn hoài: Es = 200000 Mpa = 2.107 T/m2 - Beâ toâng ôû 28 ngaøy tuoåi: + Cöôøng ñoä chòu neùn: fc’ = 28 Mpa = 2800 T/m2 + Troïng löôïng rieâng cuûa beâ toâng: yc = 2500 Kg/m3 + Moñun ñaøn hoài: Ec = = 26750 Mpa. 2. SÔ ÑOÀ TÍNH LEÀ BOÄ HAØNH: - Söû duïng sô ñoàø tính ngaøm hai ñaàu: - Tónh taûi: DC = 2,5 . 0,1 = 0,25 (T/m) - Hoaït taûi: PL = 3.10-3 Mpa = 0,03 (T/m) - Toång hôïp noäi löïc theo traïng thaùi giôùi haïn cöôøng ñoä I: - Ta coù: Cöôøng ñoä Söû duïng  hD heä soá deûo 1 1  hR heä soá dö thöøa 1 1  hI heä soá quan troïng 1,05 KAD  h =  hD. hR.hI 1,5 1 TTGH DC DW Hoaït taûi Cöôøng ñoä I 1,25 1,5 1,75 Söû duïng 1 1 1 MU = h(1,25.MDC + 1,75.MLLg) VU = h(1,25.VDC + 1,75.VLLg) - Momen taïi maêt caét giöõa nhòp: M = = 0,036 Tm - Momen taïi maët caét goái: M = - = -0,072 Tm - Choïn M = 0,072 Tm ñeå tính beâ toâng choïn coát theùp 3. THIEÁT KEÁ COÁT THEÙP: - Dieän tích coát theùp chòu löïc coù theå tính theo coâng thöùc gaàn ñuùng sau: - Trong ñoù: + f= 0,9 heä soá söùc khaùng + Mu : noäi löïc tính toaùn ôû TTGH cöôøng ñoä I + fy : giôùi haïn chaûy qui ñònh cuûa coát theùp. + j » 0,92 ñoái vôùi beâ toâng coát theùp thöôøng. + d : ñöôøng kính coát theùp chuû döï ñònh seõ boá trí. - Giaõ söû choïn theùp caàn boá trí soá hieäu N10. = 2,7.10-4 m2 = 274,8 mm2 - Choïn 4 thanh theùp N10 ñeå boá trí taïi vuøng chòu keùo AS = 400 mm2 - Choïn 4 thanh theùp N10 ñeå boá trí taïi vuøng chòu neùn. A’S = 400 mm2 - Choïn lôùp beâ toâng baûo veä cho caû vuøng neùn (phía treân) vaø vuøng keùo (phía döôùi) laø 25mm. 4. Kieåm toaùn söùc khaùng uoán. - Söùc khaùng uoán tính toaùn: MR = f . Mn - Trong ñoù: + f: heâ soá söùc khaùng baèng 0.9 + Mn = - Trong ñoù: + AS : dieän tích coát theùp thöôøng chòu keùo (mm2) + A’S: dieän tích coát theùp thöôøng chòu neùn (mm2) + fy = 28000 (T/m2) giôùi haïn chaûy cuûa coát theùp chòu keùo. + f’y = 28000 (T/m2) giôùi haïn chaûy cuûa coát theùp chòu neùn + a: chieàu daøy khoái öùng suaát töông ñöông a = c.b1 - Trong ñoù: + b1: heä soá qui ñoåi khoái öùng suaát. Do f’c= 28Mpa neân b1 = 0,85 + c: khoaûng caùch töø truïc trung hoaø ñeán meùp chòu neùn. + dS :khoaûng caùch töø thôù ngoaøi cuøng chòu neùn ñeán troïng taâm coát theùp chòu keùo dS = 100 – (25+11,3/2) = 69,35 mm + d’S: khoaûng caùch töø thôù ngoaøi cuøng chòu neùn ñeán troïng taâm coát theùp chòu neùn d’S = 25+11,3/2 = 30,65 mm Mn = 400.280.(69,35 – 30,65) = 0,43 (Tm) MR = 0,9.0,43 = 0,387 Tm - Keát luaän: Mu = 0,072 (Tm) < MR = 0,387 (Tm) Þ ñaït 5. Kieåm tra löôïng coát theùp toái ña: - Ñieàu kieän kieåm tra: - Trong ñoù: + c: khoaûng caùch töø truïc trung hoaø ñeán meùp chòu neùn; + de : khoaûng caùch höõu hieäu töông öùng töø thôù chòu neùn ngoaøi cuøng ñeán troïng taâm löïc keùo cuûa coát theùp chòu keùo. de = dS = 69,35 mm < 0,42 Þ thoûa ñieàu kieän. 6. Kieåm tra löôïng coát theùp toái thieåu: - Ñieàu kieän kieåm tra: Pmin ³ - Ta coù: - Pmin : tyû leä giöõa theùp chòu keùo vaø tieát dieän nguyeân Pmin = Þ 0,04 > 0,03 (thoûa ñieàu kieän) 7. Kieåm tra coát theùp choáng co ngoùt vaø nhieät ñoä: - Dieän tích coát theùp trong moãi höôùng khoâng ñöôïc nhoû hôn : AS ³ 0,75.Ag/fy - Ta coù: 0,75.Ag/fy = 0,75.100.1000/280 = 267,8 (mm2) Þ AS = 400 (mm2) > 267,8 (mm2) Þ thoûa ñieàu kieän.