Thiết kế kỹ thuật lan can, lề hành

PHẦN THỨ BA THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHƯƠNG I LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH LAN CAN: Thanh lan can: Chọn thanh lan can thép ống: Đường kính ngoài: D =100 (mm) Đường kính trong: d = 90 (mm) Khoảng cách 2 cột lan can là 2000 mm Khối lượng riêng thép lan can: Thép cacbon số hiệu M270 cấp 250 có fy = 250 MPa Tải trọng tác dụng lên thanh lan can: Tĩnh tải : trọng lượng tính toán của bản thân lan can Hoạt tải xét cho phương đứng và phương ngang : W =0.37 N/mm phân bố đều = 890 N tập trung (đặt theo phương hợp lực của 2 phương) Sơ đồ truyền tải: Nội lực lớn nhất ở giữa nhịp : là hệ số điều chỉnh tải trọng: Với: = 0.95 hệ số dẻo = 0.95 hệ số dư thừa = 1.05 hệ số quan trọng là hệ số tải trọng ( với tĩnh tải, với hoạt tải cho lan can ) þ = 1 (tính cho cấu kiện thép) * TTGHCĐ (trạng thái giới hạn cường độ) Theo phương x-x (phương đứng) : Theo phương y-y (phương ngang) : Tổng hợp mô men tác dụng theo phương hợp lực của P: Kiểm tra tiết diện thanh: Dùng nội lực TTGHCĐ để kiểm tra: S là mômen kháng uốn của tiết diện Lan can làm bằng thép CT3 có fy = 240 (Mpa) Vậy thanh lan can đảm bảo khả năng chịu lực Trụ lan can: Chọn trụ lan can là thép bản được làm từ thép M270 cấp 250. Sơ đồ tính của trụ là một dầm công xon, ngàm tại mặt bê tông lề bộ hành. Chọn ống thép liên kết giữa thanh lan can vào trụ có tiết diện như sau: Có đường kính ngoài: D = 88 mm Có đường kính trong: d = 78 mm Tải trọng tác dụng lên trụ lan can: Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân trụ: V1 : Thể tích tấm thép T1 V2 : Thể tích tấm thép T2 V3 : Thể tích tấm thép T3 Plk : Trọng lượng ống liên kết Plk = Nội lực tính toán tại chân trụ: (sơ đồ tính như hình vẽ) Mặt cắt chân trụ Sơ đồ tính * Tổng hợp nội lực tác dụng lên cột lan can như hình vẽ: P = 890N w = 0.37x2000 = 740N Tiết diện được quy về như sau: là tiết diện chữ I có + Cánh : - rộng 150 mm - dày 10 mm + Sườn : - cao 160 mm - dày 10 mm Chọn thép M270 cấp 250 có fy = 250 MPa có mô đun đàn hồi E = 200000 MPa Chiều cao cột thép: 720 mm Tổng hợp nội lực tính toán: Mô men : Lực dọc : P = 890+0.37x2000 = 1630 N Trọng lượng bản thân trụ: P' = 292.71 N Vậy lực dọc tác dụng lên cột là: Pu = 1630 + 292.71= 1922.71 N Các đặc trưng tiết diện: Diện tích: As = Mô men quán tính lấy đối với trục X-X: Ixx = Mômen quán tính lấy đối với trục Y-Y: Iyy = Mô men kháng uốn đối với trục X-X: Sxx = = Mô men kháng uốn đối với trục Y-Y: Syy = = Bán kính quán tính đối với trục X-X: Rxx = Bán kính quán tính đối với trục Y-Y: Ryy = Sức kháng nén: Trong đó : K: hệ số chiều dài có hiệu K = 2 vì có đầu tự do l: chiều dài không liên kết kết l = 720 mm rs: bán kính quán tính đối với trục mất ổn định (trục mất ổn định là trục Y – Y ) rs = 3.9 mm Vậy = Áp dụng công thức với > 2.25 thì: Pn = Sức kháng nén có hệ số: Pr > Pu = 1922.71N thoả mãn = 1 [6.5.4.2] Đối với cấu kiện chịu uốn * Sức kháng uốn được tính theo công thức: => Thoả mãn : Hệ số kháng uốn = 1 * Tổ hợp nén uốn kết hợp: Ta có : Nên áp dụng công thức Trong đđó: Mrx,Mry : Sức kháng uốn có hệ số đối với trục x,y (KNm) [6.10.4] và [6.12] Mry = 0 Mrx = 83.7 KNm Mux = 0.7 KNm <1 thỏa mãn * Tỉ số độ mảnh Đối với bản cánh: b: bề rộng cánh b = t: bề rộng cánh t = 10mm k: hệ số mất ổn định k = 0.56 E = 200000 Mpa fy = 250 Mpa = <0,56x= 15.84 thỏa mãn Đới với cánh = = 42.14 thoả mãn. Vậy thỏa mãn cho độ mảnh * Chọn bu lông có đường kính d = 20mm để liên kết trụ lan can với tường bê tông Tính bu lông Bố trí bulông như hình vẽ Đảm bảo khoảng cách mép như hình vẽ Sức kéo danh định của bu lông Sức kéo danh định của bu lông được tính theo công thức Tn = 0,76.Ab.Fub Trong đó: Ab – Diện tích bu lông theo đường kính danh định Ab = Fub – Cường độ chịu kéo nhỏ nhất qui định của bu lông (MPa) được qui định theo [A.6.4.3.1] thì Fub = 420 MPa Sức kéo danh định của bu lông Lực kéo tác dụng lên bu lông Nmax = Với M là mô men tại mặt cắt nối tấm thép và cột M = Nmm lmax = 80 mm li = 80 mm Nmax = Kiểm toán bu lông Nmax < ØTn = 9678.1 < 0.8x200457.6 = 160366.1 N Vậy bu lông thoả mãn điều kiện chịu kéo LỀ BỘ HÀNH: Chọn kích thước lề bộ hành: Bề dày lớp BTCT hb =100 mm Chiều cao lề Ho = 300 mm Bê tông f’c =35 MPa , thép AII fy =280 MPa Bề rộng lề bộ hành 1200 mm Tính nội lực cho bản lề bộ hành (tính trên 1m dài): Lề bộ hành làm việc theo bản kê 2 cạnh vì vậy khi tính nội lực cho bản ta xem là dầm đơn giản được kê lên gối là bó vỉa: Tĩnh tải : tải trọng phân bố bản thân lề bộ hành: Hoạt tải : tính toán của người đi bộ: Tổ hợp tải trọng * TTGHCĐ * TTGHSD = Chuyển về sơ đồ ngàm. * TTGHCĐ * TTGHSD Tính cốt thép cho lề bộ hành Tại mặt cắt giữa nhịp :tiết diện chịu lực bxh = 1000 mm x 100 mm Chọn sơ bộ đường kính cốt thép 10 mm Hệ số sức kháng: 0.9 Khoảng cách trọng tâm cốt thép đến mép trên của bản là: Chiều cao vùng nén: = Hệ số quy đổi biểu đồ ứng suất vùng nén: = Khoảng cách từ mép ngoài chịu nén đến trục trung hoà là: c= mm Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn nhất, tương đương với điều kiện sau: thoả mãn điều kiện cốt thép lớn nhất Ta bố trí thép Þ10 mm khoảng cách a =200 mm, trong 1000 mm ta bố trí được 5 thanh * Kiểm tra hàm lượng cốt thép nhỏ nhất : Ta có diện tích cốt thép bố trí trên 1m dài là: Vậy vậy thoả mãn hàm lượng cốt thép nhỏ nhất Ta bố trí thép chịu lực theo phương ngang cầu cho 1m như hình vẽ: Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng Tiết diện kiểm toán: tiết diện chữ nhật có b x h = 1000 mm x 100 mm Bê tông có môđun đàn hồi: MPa Cốt thép AII : có Cốt thép có môđun đàn hồi: Es = 200000 MPa * Kiểm tra điều kiện nứt : Với giá trị mômen tác dụng là Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép chịu nén của bê tông là : Diện tích cốt thép đặt trong 1000 mm là: Diện tích phần bêtông bọc quanh thép là : Diện tích trung bình phần bêtông bọc quanh 1 cây thép: Tỷ số môđun đàn hồi thép trên môđun đàn hồi bêtông: Khoảng cách từ trục trung hoà đến mép chịu nén của bêtông là: Mômen quán tính của tiết diện: Ứng suất của thép khi chịu mômen là: Ứng suất cho phép trong cốt thép : Thông số bề rộng vết nứt :trong điều kiện khắc nghiệt và bản làm việc theo phương ngang, lấy: Z = 23000 (N/mm) Ứng suất cho phép trong cốt thép là : Mặt khác ta lại có : : Lấy Theo điều kiện khả năng chịu nứt : Vậy thoả điều kiện chống nứt Kiểm toán bó vỉa chịu tải trọng va xe Giả thiết ta bố trí cốt thép cho bó vỉa như hình 5.1 và 5.2: Ta tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của bó vỉa dạng tường như sau: Sơ đồ tính toán của lan can dạng tường là sơ đồ dẻo Theo 22TCN 272_05 ta chọn cấp lan can là cấp 3 dùng cho cầu có xe tải Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác dụng(mm) Phương mằm ngang Ft = 240 Lt = 1070 Phương thẳng đứng FV = 80 LV = 5500 Phương dọc cầu FL = 80 LL = 1070 Khi xe va vào giữa tường Theo 22TCN 272_05 Biểu thức kiểm toán cường độ của lan can có dạng Với: :là sức kháng của lan can :sức kháng mômen trên một đơn vị chiều dài đối với trục thẳng đứng :sức kháng mômen trên một đơn vị chiều dài đối với trục nằm ngang : là sức kháng của dầm đỉnh H : là chiều cao tường( chiều cao bó vỉa) : là chiều dài đường chảy : là chiều dài phân bố của lực va Xác định : (Tính trên 1m dài) Tiết diện tính toán và bố trí cốt thép : bxh = 1000 mm x 200 mm Tiết diện và bố trí cốt thép bó vỉa theo phương đứng Cốt thép dùng mm, 1m dài có 5 thanh Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí tương tự: Diện tích cốt thép As: Xác định chiều cao vùng nén a: Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà: Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn nhất, tương đương với điều kiện sau: Sức kháng uốn cốt thép đứng trên 1mm Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu ta có: Vậy thoả mản điều kiện cốt thép nhỏ nhất: Xác định : là sức kháng mômen trên toàn chiều cao tường đối với trục đứng: Tiết diện tính toán và bố trí cốt thép: bxh = 300 mm x 200 mm Tiết diện và bố trí cốt thép theo phương dọc cầu Cốt thép dùng 2mm Tính toán với bài toán cốt đơn, tính cốt thép cho 1 bên rồi bên còn lại bố trí tương tự. Diện tích cốt thép As: Xác định chiều cao vùng nén a: Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hoà Kiểm tra hàm lượng cốt thép lớn nhất, tương đương với điều kiện sau: Sức kháng uốn cốt thép ngang trên toàn bộ chiều cao bó vỉa: Kiểm tra lượng cốt thép tối thiểu: Vậy thoả mản điều kiện cốt thép min Chiều dài đường chảy Chiều cao bó vỉa: H =300 mm Vì không bố trí dầm đỉnh nên: Với trường hợp xe va vào giữa tường + Chiều dài đường chảy: mm + Sức kháng của tường: thoả mãn điều kiện Với trường hợp xe va vào đầu tường mm Sức kháng của tường: N thoả mãn điều kiện Kiểm tra trượt của lan can và bản mặt cầu: Sức kháng cắt danh định Rw phải truyền qua mối nối bởi ma sát cắt. Biểu đồ phân tích lực truyền từ lan can xuống bản mặt cầu : Giả thiết Rw phát triển theo góc nghiêng 1:1 bắt đầu từ Lc. Lực cắt tại chân tường do va xe VCT trở thành lực kéo T trên 1 đơn vị chiều dài trên bản mặt cầu : Sức kháng cắt danh định Vn của mặt tiếp xúc (22TCN 272-05:5.8.4.1-1) không vượt quá: Trong đó : ACV :diện tích tiếp xúc chịu cắt. ACV = 200x1=200 mm2/mm AVf :diện tích cốt thép neo của mặt chịu cắt. (cường độ chảy của cốt thép) Pc :lực nén do tĩnh tải (bó vỉa + ½ lề bộ hành) c = 0.52 (22TCN272-05:5.8.4.2) = 0.6 (22TCN272-05:5.8.4.2) Hai hệ số c, dùng cho bê tông đổ trên lớp bêtông đã đông cứng được rửa sạch vữa bẩn nhưng không làm nhám mặt. Đối với 1mm chiều rộng bản thiết kế : Không lớn hơn : Diện tích tiết diện ngang tối thiểu của chốt trong mặt chịu cắt : (thoả) Chiều dài đoạn neo : lneo = 360 mm Chọn: ldh = 180 mm Đoạn uốn cong còn lại: luốn = 180 mm Kết luận : bố trí thép từ bó vỉa âm vào bản mặt cầu để đảm bảo lan can không bị trượt ra khỏi bản mặt cầu khi va xe : 2Þ14 a200 Bố trí cốt thép cho lề bộ hành