Tải bản đầy đủ

Chương 2: THIẾT KẾ THÁP CẦU



Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Khoa xây dựng cầu

THIẾT KẾ THÁP CẦU

Chương 2:
1. Thiết kế cột tháp:

1.1. Các số liệu tính toán:
- Tính toán thiết kế tháp 1 phương án cầu dây văng

- Khổ cầu:

K = 2.75+3X3.5+1.5+3X3.5+2.75 =28 m

- Hoạt tải thiết kế: HL-93 và đoàn người 3 KN/m2
- Tháp cầu có cấu tạo như hình vẽ:


CÁÚ
U TAÛ
O THAÏP CÁÖ
U , TL 1/200
2350

400

1655

340

4030

340

340

50

1158

220

300
1885

1885

1400
500

218

150
900
4610





Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Khoa xây dựng cầu

1.2. Mô hình tính toán:
- Để tính toán nội lực trong tháp em sử dụng chương trình MiDas/Civil. Các bước mô hình
hóa kết cấu xem phần thiết kế sơ bộ.
Sơ đồ mô hình hóa kết cấu

1.3. Tải trọng tác dụng :
1.3.1 Tỉnh tải:
- Tỉnh tải giai đoạn 1: DC
Trọng lượng bản thân kết cấu nhịp, tháp cầu được khai báo cho chương trình tự tính
- Tỉnh tải giai đoạn 2: DW
Tỉnh tải giai đoạn 2 gồm trọng lượng các lớp mặt cầu, lan can tay vịn, đá vỉa. Theo kết quả
tính toán trong phần sơ bộ ta có:
DW = 46.65 (KN/m)
1.3.3 Hoạt tải:
- Hoạt tải HL- 93 và đoàn người đi bộ được khai báo như trong phần tính toán sơ bộ.
1.3.4 Tải trọng gió:
- TTGH CĐI: không xét gió trên cầu
- TTGH CĐII: xét gió V > 25 (m/s), lấy theo số liệu Các vùng tính gió ở Việt Nam TCVN
2737- 1995.
- TTGH CĐIII và TTGH Sử Dụng: xét gió V = 25 (m/s)
- Tốc độ gió thiết kế:
Tốc độ gió thiết kế V được xác định theo công thức:
V = VB.S
Trong đó:


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



Khoa xây dựng cầu

VB: Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với
vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu
S: Hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định
Theo tài liệu ta có giá trị của VB = 35.6 (m/s) và S = 1,09
→ V = 35,6.1,09 = 38.804 (m/s)
-Tải trọng gió PD :
Tải trọng gió phải được lấy theo các phương tác dụng nằm ngang và đặt ở trọng tâm
của phần diện tích thích hợp, được tính theo công thức sau:
PD = 0,0006.V2.At.Cd ≥ 1,8.At (KN)
Trong đó:
V: tốc độ gió thiết kế
At: diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió (m2)


Với gió tác dụng theo phương ngang cầu: At = 212.79(m2)



Với gió tác dụng theo phương dọc cầu: At = 435.41 (m2)

Cd: hệ số cản, với tháp cầu lấy Cd = 1.0.
-

Các trường hợp tải trọng gió dùng để tính toán nội lực trong tháp:

+ TWS25: tải trọng gió tác dụng theo phương ngang cầu với tốc độ gió thiết kế 25 (m/s) →
PTWS25 = 0,0006.252.212.79 = 79.80 (KN)
Tính ra tải trọng phân bố đều: PTWS25 = 1.43(KN/m)
+ TWS35.6: tải trọng gió tác dụng theo phương ngang cầu với tốc độ gió V B = 35.6 (m/s) →
tốc độ gió thiết kế V = 35,6.1,09 = 38.804 (m/s)
PTWS35.6= 0,0006.38,8042.212,79 = 192.25 (KN)
Tính ra tải trọng phân bố đều: PTWS35.6 = 3.44 (KN/m)
+ LWS25 : tải trọng gió tác dụng theo phương dọc cầu với tốc độ gió thiết kế 25 (m/s)
PLWS25 = 0,0006.252.435,41 = 163.28 (KN)
Tính ra tải trọng phân bố đều:PLWS45 = 0.97 (KN/m)
+ LWS35.6: tải trọng gió tác dụng theo phương dọc cầu với tốc độ gió VB = 35.6 (m/s) →
Tốc độ gió thiết kế V = 38,804 (m/s)
PLWS35.6= 0,0006.38.8042.435,41 = 393.37 (KN)
Tính ra tải trọng phân bố đều: PLWS45 = 2.34 (KN/m)
Sơ đồ tác dụng của tải trọng gió theo phương dọc và phương ngang cầu khi v=25m/s:


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



Khoa xây dựng cầu

Sơ đồ tác dụng của tải trọng gió theo phương dọc và phương ngang cầu khi v=35.6m/s:


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



Khoa xây dựng cầu

1.3.5 Áp lực dòng chảy:
1.3.5.1 Theo chiều dọc:
Áp lực của dòng chảy tác dụng theo chiều dọc của kết cấu phần dưới phải được xác định theo
công thức:
p = 5,14.10-4.CD.V2
Trong đó:
+ p: áp lực dòng chảy
+ CD: hệ số cản của trụ, CD = 1,4
+ V: vận tốc lũ thiết kế tính cho lũ thiết kế do xói ở trạng thái giới hạn cường độ, V =
2.6(m/s)
p = 5,14.10-4.1,4.32 = 0,0065 (Mpa)
Lực cản dọc được tính bằng tích của áp lực dòng chảy dọc nhân với diện tích mặt hứng của tháp:
WA = p.A.cos φ
Trong đó:
A : diện tích kết cấu chịu tải trọng nước
Chiều cao chân tháp ngập trong nước lũ của tháp 1: 4.85 (m)
→ A = 4.4,85 = 19.4 (m2)
φ : góc nghiêng của dòng chảy với trục dọc của trụ, φ = 0
Thay số ta được:
WA1 = 6,5. 19,4 = 126.1(KN)
Chiều cao chân tháp ngập trong nước lũ của tháp 2: 12.87 (m)
→ A = 4.12,87 = 51.48 (m2)
φ : góc nghiêng của dòng chảy với trục dọc của trụ, φ = 0
Thay số ta được:
WA2 = 6,5. 51.48 = 334.62(KN)
Sơ đồ tác dụng như hình vẽ:


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



Khoa xây dựng cầu

1.3.5.2 Theo chiều ngang:
Do dòng chảy theo hướng vuông góc với đường tim cầu nên bỏ qua
1.3.6 Tải trọng va thuyền: CV
Tàu thiết kế cho khổ cầu thông thuyền theo tiêu chuẩn sông cấp III:
LOẠI TẢI TRỌNG
DWT
Vận tốc va thiết kế:

Tàu tự hành(T)
300



Tàu tự hành: V = 2,5 + Vs = 2,8 (m/s)



Xà lan kéo: V = 1,6 + Vs = 1,9 (m/s)

Lực va tàu tự hành với trụ:
PS = 1,2x105 .V. DWT = 58.197 T
Lực va của xà lan với trụ:
Năng lượng va tàu:
KE = 500 CHMV2 = 75810 J
KE = năng lượng va tàu
M = lượng rẽ nước của tàu = 40 Mg
CH = hệ số khối lượng thủy động học =1,05.
V = vận tốc va tàu (m/s)
Chiều dài hư hỏng của mũi xà lan:
a B = 3100( 1 + 1,3x10 −7 KE − 1) = 15.24 mm

Xà lan kéo(T)
400




Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Khoa xây dựng cầu

Lực va của xà lan với trụ:
PB = 6,0.104. aB

nếu aB < 100mm

PB = 6,0.106 + 1600. aB nếu aB ≥ 100mm
PB = 914,4 KN
Kết luận:
Trên cơ sở so sánh lực va tàu tự hành với lực va xà lan, chọn lực va thuyền như sau:
Theo phương vuông góc tim cầu: P=100%PS = 58.197 T tại cao độ mực nước 593,7 m
Theo phương song song tim cầu: P=50%PS = 29.10 T tại cao độ mực nước 593,7 m
Sơ đồ tác dụng của tải trọng như hình vẽ:

1.4. Các trường hợp tải trọng được khai báo trong chương trình:
Trường hợp tải
DC
DW
TademLan
TruckLan
Người
TWS25
TWS35.6
LWS25
LWS35.6
TCV
LCV
WA

Mô tả
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + Làn
Hoạt tải xe tải + Làn
Hoạt tải người đi bộ
Gió phương ngang cầu V = 25 (m/s)
Gió phương ngang cầu V = 35.6 (m/s)
Gió phương ngang cầu V = 25 (m/s)
Gió phương ngang cầu V = 35.6 (m/s)
Va tàu theo phương ngang
Va tàu theo phương dọc
Áp lực dòng chảy


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



Khoa xây dựng cầu

1.5. Tổ hợp tải trọng thiết kế tháp cầu:
Stt

Tên tổ hợp Trường hợp tải

1

CĐI-1

2

CĐI-2

3

CĐI-3

4

CĐI-4

5

CĐII-1

Stt

Tên tổ

Hệ số tải

DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
DC
DW
WA

trọng
1,25
1,5
1,75
1,75
1
0,9
0,65
1,75
1,75
1
1,25
1,5
1,75
1,75
1
0,9
0,65
1,75
1,75
1
1,25
1,5
1

LWS35.6

1,4

Trường hợp

Hệ số tải

Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Áp lực dòng chảy
Gió theo phương dọc
V=38.804(m/s)

Ghi chú


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
hợp

6

7

8

tải
DC
DW
WA

trọng
0,9
0,65
1

LWS35.6

1,4

DC
DW
WA

1,25
1,5
1

TWS35.6

1,4

DC
DW
WA

0,9
0,65
1

TWS35.6

1,4

DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
LWS25
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
LWS25

1,25
1,5
1,35
1,35
1
0,4
0,9
0,65
1,35
1,35
1
0,4

Tên tổ

Trường hợp

Hệ số tải

hợp

tải
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LWS25
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LWS25

trọng
1,25
1,5
1,35
1,35
1
0,4
0,9
0,65
1,35
1,35
1
0,4

CĐII-2

CĐII-3

CĐII-4

9

CĐIII-1

10

CĐIII-2

Stt



11

CĐIII-3

12

CĐIII-4

Khoa xây dựng cầu

Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Áp lực dòng chảy
Gió theo phương dọc V =
38.804 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Áp lực dòng chảy
Gió theo phương ngang V =
38.804 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Áp lực dòng chảy
Gió theo phương ngang V =
38.804 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)

Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

13

CĐIII-5

14

CĐIII-6

Stt

DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TWS25
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TWS25


1,25
1,5
1,35
1,35
1
0,4
0,9
0,65
1,35
1,35
1
0,4

Tên tổ

Trường hợp

Hệ số tải

hợp

tải
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TWS25
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TWS25
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
LCV
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA

trọng
1,25
1,5
1,35
1,35
1
0,4
0,9
0,65
1,35
1,35
1
0,4
1,25
1,5
0,5
0,5
1
1
0,9
0,65
0,5
0,5
1

15

CĐIII-7

16

CĐIII-8

17

ĐB -1

18

ĐB-2

Khoa xây dựng cầu

Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)

Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương dọc
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
LCV

Stt


1

Tên tổ

Trường hợp

Hệ số tải

hợp

tải
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LCV
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LCV
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TCV
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TCV

trọng
1,25
1,5
0,5
0,5
1
1
0,9
0,65
0,5
0,5
1
1
1,25
1,5
0,5
0,5
1
1
0,9
0,65
0,5
0,5
1
1

19

ĐB -3

20

ĐB-4

21

ĐB -5

22

ĐB-6

Khoa xây dựng cầu

Va tàu theo phương dọc

Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương dọc
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương dọc
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tandem + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương ngang
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tandem + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương ngang


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Stt



Tên tổ

Trường hợp

Hệ số tải

hợp

tải
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TCV
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TCV
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
LWS25
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
LWS25

trọng
1,25
1,5
0,5
0,5
1
1
0,9
0,65
0,5
0,5
1
1
1
1
1
1
1
0,3
1
1
1
1
1
0,3

23

ĐB -7

24

ĐB-8

25

SD-1

26

SD-2

Khoa xây dựng cầu

Ghi chú
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương ngang
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Va tàu theo phương ngang
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió dọc V = 25 (m/s)




Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường
Tên tổ

Trường hợp

Hệ số tải

hợp

tải
DC
DW
TademLan
Nguoi
WA
TWS25
DC
DW
TruckLan
Nguoi
WA
TWS25

trọng
1
1
1
1
1
0,3
1
1
1
1
1
0,3

CÁÚ
U TAÛ
O THAÏP CÁÖ
U , TL 1/200
2350

400

I

1158

220

I

II

340

220

4030

II

400

340

SD-4

III

III
1655

28

300
218

1885

1885

1400
500

SD-3

Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe 2 trục + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)
Tỉnh tải GĐ1
Tỉnh tải GĐ2
Hoạt tải xe tải + làn
Hoạt tải nguời đi bộ
Áp lực dòng chảy
Gió ngang V = 25 (m/s)

50

27

Ghi chú

340

Stt

Khoa xây dựng cầu

150
900
4610


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



Khoa xây dựng cầu

Biểu đồ mômen do tôhợp max , tổ hợp min , tổ hợp bất lợi như sau:

Mô men trong tháp như sau:
Tên
Tháp đứng
Dầm ngang dưới
Dầm ngang trên

Tiết diện I-I
Tiết diện II-II
Tiết diện III-III

Mmax(Tm)
52.34
14181.16
4293.77
34356.02
9471.83

Mmin(Tm)
-20291.55
-17344.08
-12225.03
-26322.90
-861.47

(Bảng giá trị nội lực của tất cả cả các giai đoạn xem chi tiết phụ lục tháp cầu.)

1.6 Tính toán Cáp DƯL và thép thường cho tháp:


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



Khoa xây dựng cầu

Tính đặc trưng hình học của tiết diện:

Đại lượng
Giá trị
Đơn vị
H
4
m
A
5.2
m2
I
9.03
m4
Yt
2
m
Yd
2
m
Wt
4.515
m3
Wd
4.515
m3
- Sử dụng thép thanh cường độ cao cho tiết diện cột tháp theo tiêu chuẩn ASTM

+Dùng thép thanh dự ứng lực loại 2 , thép có gờ , đường kính từ 15 -36 (mm),
fpu =1035 (MPA).
fpy = 80%fpu = 828 (MPA)
- Cốt thép thường lấy theo ASTM - A615 có:
+ Cốt thép có đường kính d ≥ 10mm, giới hạn chảy: fy = 420Mpa
+ Cốt thép có đường kính d ≤ 10mm, giới hạn chảy: fy = 280Mpa
+ Môđun đàn hồi

: 200 000 Mpa

- Cốt thép cường độ cao được tính theo công thức của tiêu chuẩn ACI 318-02 của
Hoa Kỳ:


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



0,85 f c' bd
1
As =

fy
2 fy

Trong đó:

Khoa xây dựng cầu

2

2,89 f c' b 2 d 2 − 6,8 f c' b

Mu
φ

+ Mu: Mômen do ngoại lực tác dụng từ các tổ hợp tính toán. (N.mm)
+ f’c: Cường độ chịu nén của bêtông dầm, f’c = 50 Mpa.
+ fy: Giới hạn chảy, fy= 828MPA
+ φ : Hệ số sức kháng, φ = 0,95
+ b: Bề rộng của tiết diện, b= 3000 mm.
+ d: Chiều cao làm việc của mặt cắt.
+ Giả thiết khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép ngoài

cùng chịu kéo a = 250 (mm)
→ Chiều cao làm việc của tiết diện d = h – a

Diện tích cốt thép tính toán
d
fc (Mpa)
fy (Mpa) Mu (N.mm) As (mm2)
(mm)
+
Tiết diện Chịu M
50.00
1950
828
52.34x107
113.76
Chịu M50.00
1950
I-I
828
20291.55x107 47920.45
Tiết diện Chịu M+
50.00
1950
828
14181.16x107 32585.96
Chịu M50.00
1950
II-II
828
17344.08x107 40410.55
Tiếtdiện
Chịu M+
50.00
1950
828
4293.77x107
9480.69
Chịu M50.00
1950
III_III
828
12225.03x107 27859.25
Vì tháp chủ yếu chịu nén theo phương dọc và chịu uốn theo phương ngang nên ta bố
trí thép phân bố đều trên 1 tiết diện cho mômen lớn nhất.
Số lượng thép chọn như sau:
Tiết diệ I-I
Tiết diệnII-II
TiếtdiệnIII_III

As (mm2)
47920.45
40410.55
27859.25

Chọn
156 Φ 20a150
156 Φ 20a150
90 Φ 20a260

As (chọn)
489.84
489.84
282.6

2 Tính cáp dự ớng lực cho dầm ngang:
- Sử dụng cáp DƯL với các đặc trưng sau:

Loại Cáp DƯL
Diện tích 1 tao
Diện tích 1 bó

50 tao 15.24 mm
140mm2
7000 mm2

Giới hạn bền fpu

1860 Mpa

Giới hạn chảy fpy
Môdun đàn hồi

1670 Mpa
197000 Mpa


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



Khoa xây dựng cầu

* Công thức tính toán số bó cáp:
- Với bó chịu mômen âm:
a'T
N'T
e'T

h
truûc trung hoaì

yd

yT

Mmin

+ Ứng suất thớ trên:
 N'
N ' .e'
f tr =  T + T T
Wtr
 A
⇒ N 'T ≥

 M min
 −
≥0
 Wtr

M max
M min . A
⇒ nb ≥
(Wtr + A.eT )( f KT . Abo )
 Wtr

+ eT 

 A


+ Ứng suất thớ dưới:

 N'
N ' .e'
f d =  T − T T
Wd
 A

N 'T ≤

M min
W

 e'T − d
A






- Bó chịu mômen dương:(tiết diện giữa nhịp)

 M min
 +
≥0
 Wd

⇒ n'b ≤

M min . A
( A.e'T −Wd )( f KT . Abo )




Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Khoa xây dựng cầu

Mmax
yT
h
truûc trung hoaì

yd

eT
NT

aT
-Ứng suất thớ dưới:

N
N .e
f d =  T + T T
Wd
 A

⇒ NT ≥

 M max
 −
≥0
 Wd

M max
M max . A
⇒ nb ≥
(Wd + A.eT )( f KT . Abo )
 Wd

+ eT 

 A


- Ứng suất thớ trên:

N
N .e
f tr =  T − T T
Wtr
 A


NT ≤

M max
W

 eT − tr
A






⇒ nb ≤

 M max
 +
≥0
 Wtr

M max . A
( A.eT − Wtr )( f KT . Abo )

Trong đó :
+ N'T: Lực căng trong bó cốt thép dự ứng lực chịu mômen âm.
N'T =n'b .fKT.Abó
+ NT: Lực căng trong bó cốt thép dự ứng lực chịu mômen dương.
NT = nb.fKT.Abó
+ e'T, eT: Khoảng cách từ trục trung hoà đến trọng tâm cốt thép dự ứng lực.
+ A: Diện tích tiết diện bêtông.
+ M: Mômen do tải trọng tác dụng gây ra tại tiết diện tính toán.
+ W: Mômen kháng uốn tiết diện.
+ n'b, nb : Số bó cốt thép cần tính.
+ fKT: Ứng suất cho phép khi căng kéo cốt thép:fKT = 0,75.fpy=1252,5 Mpa.
+ Abó: Diện tích một bó cáp; fbó =1875 mm2.




Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Khoa xây dựng cầu

Giả thiết khoảng cách từ trọng tâm các bó cáp đến thớ ngoài cùng chịu kéo (nén) là a T
= 250 mm, a’T = 250 (mm).
Tiết diện
Thåï
+
M (max)
(T.m)
N (T)

Số bó thép chịu momen âm tại các tiết diện bất lợi
Tiết diện I-I
Tiết diện II-II
Tiết diện III-III
Trãn
Dæåïi
Trãn
Dæåïi
Trãn
Dæåïi
-20291.55

-20291.55

-17344.08

-17344.08

-12225.03

-12225.03

1182.85

1182.85

-613.82

-613.82

-569.17

-569.17

W (m 3 )

4.515

4.515

4.515

4.515

4.515

4.515

A (m 2 )

5.2

5.2

5.2

5.2

5.2

5.2

e T (m)

1.85

1.85

1.85

1.85

1.85

1.85

f KT (T/mm 2 )

0.12525

0.12525

0.12525

0.12525

0.12525

0.12525

A bo (mm 2 )

7000

7000

7000

7000

7000

7000

Säú boï tênh

n'b>=

n'b<=

n'b>=

n'b<=

n'b>=

n'b<=

17.9

23.04

16.6

19.6

11.8

13.8

Säú boï choün

18

18

Tính số bó thép cho dầm ngang trên và dầm ngang dưới:
Đặc trưng hình học

12




Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Đại lượng
H
A
I
Yt
Yd
Wt
Wd

Giá trị
3.4
5.8
8.37
1.7
1.7
4.92
4.92

Khoa xây dựng cầu

Đơn vị
m
m2
m4
m
m
m3
m3

Số bó thép chịu mômen dương:

Tiết diện
Thåï
+
M (max)
(T.m)
N (T)

Dầm ngang dưới
Trãn
Dæåïi

Dầm ngang trên
Trãn
Dæåïi

34356.02

34356.02

9471.83

9471.83

0.00

0.00

0.00

0.00

W (m )

4.92

4.92

4.92

4.92

A (m 2 )

5.8

5.8

5.8

5.8

e T (m)

1.55

1.55

1.55

1.55

f KT (T/mm 2 )

0.12525

0.12525

0.12525

0.12525

A bo (mm 2 )

7000

7000

7000

7000

Säú boï tênh

n'b<=

n'b>=

n'b<=

n'b>=

65.03

15.7

17.9

4.33

3

Säú boï choün

16

6

Dầm ngang dưới
Trãn
Dæåïi

Dầm ngang trên
Trãn
Dæåïi

Số bó thép chịu mômen âm:

Tiết diện
Thåï
+
M (max)
(T.m)

-26322.90

-26322.90

-861.47

-861.47




Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Khoa xây dựng cầu

N (T)

0.00

0.00

0.00

0.00

W (m 3 )

4.92

4.92

4.92

4.92

A (m 2 )

5.8

5.8

5.8

5.8

e T (m)

1.55

1.55

1.55

1.55

f KT (T/mm 2 )

0.12525

0.12525

0.12525

0.12525

A bo (mm 2 )

7000

7000

7000

7000

Säú boï tênh

n'b>=

n'b<=

n'b>=

n'b<=

12.00

49.81

0.39

1.63

Säú boï choün

12

1

Vì mômen âm của dầm ngang trên nhỏ nên ta chỉ bố trí số bó chịu mômen dương
Thép thường trong tháp ta chỉ bố trí cấu tạo

340

20

15

Bố trí cốt thép trong dầm ngang dưới :

15

5x20

2.1 Kiểm toán theo TTGH cường độ:
2.1.1 Kiểm toán momen:
Qui đổi tiết diện hộp về tiết diện chữ I :

Công thức kiểm toán:
Trong đó:

Mmax ≤ Mr = ϕ.Mn

Mr : Sức kháng uốn tính toán
Mn : Sức kháng uốn danh định
ϕ : Hệ số sức kháng, ϕ = 0,95.


Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường



Khoa xây dựng cầu

* Xác định vị trí trục trung hòa:
Vị trí trục trung hòa được xác định xuất phát từ phương trình cân bằng hình chiếu của
nội lực lên phương ngang :(Bỏ qua cốt thép thường)
Tổng lực kéo:

c
Tn = Aps.fpu . 1 − k.
dp




 + A’ps.fpu . 1 − k . c


d 'p








Tổng lực nén:
Cn = 0,85. β1 .f’c.c.bw + 0,85. β1 .f’c.(b - bw).hf
Cn = Tn

→c =

( Aps + A'ps ). f pu − 0,85.β1. f c' .(b − bw ) h f
'
Aps Aps
0,85.β1 f 'c .bw + k . f pu .(
+ ' )
dp
dp

Trong đó:
Aps: Diện tích thép DƯL ở phía dưới (mm2)
A’ps: Diện tích thép DƯL ở phía trên (mm2)
fpu : Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn danh định của thép DƯL (Mpa)
fps : Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định (Mpa)
dp: Khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL ở phía dưới (mm)
d’p: Khoảng cách từ thớ nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL ở phía trên (mm)
f'c: Cường độ quy định của BT ở tuổi 28 ngày (Mpa), f'c = 50 Mpa
hf : Bề dày bản cánh chịu nén, hf = 500(mm)
b: Bề rộng cánh chịu nén, b = 3400 (mm)
bw: Chiều dày sườn dầm, bW = 1000 (mm)
β: Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất, với BT có cường độ > 28 Mpa hệ số β giảm
theo tỉ lệ 0,05 cho từng 7 Mpa vượt quá 28 Mpa:

β1 = 0,85 − 0,05.(

50 − 28
) = 0,69 ≥ 0,65
7

+ c > hf : Trục trung hòa qua sườn dầm




Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Khoa xây dựng cầu

+ c < h f : Trục trung hòa qua cánh dầm và c sẽ được tính theo tiết diện hình chữ
nhật với bw = b

* Sức kháng uốn danh định:
Lấy tổng momen nội lực với trọng tâm vùng nén sườn dầm:(Bỏ qua cốt thép thường)

a
a
a hf
M n = A ps . f ps (d p − ) + A ps' . f ps .(d ' p − ) + 0,85. f ' c(b − bw ) β 1 .h f ( − )
2
2
2 2
a = β.c: Chiều dày khối ứng suất tương đương.
Trường hợp trục trung hòa qua cánh thì lấy b = bw
fps : Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định (Mpa)


c 
f ps = f pu 1 − k

d p 


f py
Trong đó: k = 21,04 −
f pu


Tiết Diện
Giữa nhịp
Đầu dầm
Đơn vị

Aps
112000
84000
mm 2

Tiết Diện

k

Giữa nhịp

0.28

Đầu dầm

0.28

A'ps
56000
84000
mm 2
a
790.66
4
222.37
mm

Tiết diện
Giữa nhịp
Đầu dầm

fpu
1860.0
1860.0
MPA

β1
0.69
0.69






f 'c
50.0
50.0
MPA

hf
500.0
500.0
mm

dp
3200
150.0
mm

d'p
150.0
3116.67
mm

C

fps

f'ps

Mn

1145.89

1673.51

-2118.53

55991.87

320.95
mm

728.53
MPA

1778.40
MPA

44639.9
(T.m)

Kết quả kiểm toán theo Momen
Mr ( T.m)
Mtt (T.m)
53192.27
24356.02
42407.9
26322.90

Kết Luận
Đạt
Đạt

Ghi chú: Tiết diện đầu dầm là tiết diện tại vị trí tiếp giáp giữa dầm ngang và thân tháp




Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Khoa xây dựng cầu

2.2.2. Kiểm toán theo lực cắt:
Nội lực tính toán
+ Tại đầu dầm: Q = 3775.94 (T)

, M = -26322.9 (T.m) , N = 5.95 (T)

+ Tại gối: Q = 3485(T), M = 24356.02 (T.m), N =5.95 (T) : là tiết diện tại mép của vách
tăng cường ở vị trí đặt gối cầu
Sức kháng cắt tính toán được xác định như sau:
Vr= ϕ.Vn
Vn: Sức kháng cắt danh định.
ϕ : Hệ số sức kháng cắt, ϕ = 0,9.
Sức kháng cắt danh định Vn phải được xác định bằng trị số nhỏ hơn của:
Vn = Vc + Vs + Vp
Vn = 0,25.f’cbv.dv+ Vp
Trong đó:
Vc = 0,083.β. f c′ .bv dv
Vs =

bv

=

A v fy d v (cotgθ + cotgα)sinα
s

bề rộng bản bụng hữu hiệu lấy bằng bề rộng bản bụng nhỏ nhất trong chiều cao

dv , bv = 1000 mm.
dv

=

Chiều cao chịu cắt có hiệu, được lấy bằng cự ly đo thẳng góc với trục trung hoà

giữa hợp lực kéo và lực nén do uốn, nhưng không cần lấy ít hơn trị số lớn hơn của 0,9de hoặc
0,72h.
s

=

cự ly cốt thép đai (mm)

β

=

hệ số chỉ khả năng của bê tông bị nứt chéo truyền lực kéo

θ

=

góc nghiêng của ứng suất nén chéo

α

=

góc nghiêng của cốt thép ngang đối với trục dọc (độ)

Av

=

diện tích cốt thép chịu cắt trong cự ly s (mm2).

Vp

=

thành phần lực dự ứng lực hữu hiệu trên hướng lực cắt tác dụng, là dương nếu

ngược chiều lực cắt (N)
+ Xác định Vp:
Vp = Ast.fp. ∑ sin α i
i =1

Trong đó:




Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
đường

Khoa xây dựng cầu

Ast: Diện tích 1 bó cáp
fp: Ứng suất trong cáp

α α i : góc lệch của cáp i so với phương ngang

Tiết Diện
Đầu dầm
Gối

Astr

fp

(mm2)
7000
7000

(Mpa)
1252.5
1252.5

α

Vp (N)

15
13

2135697.39
1972258.37

Ghi chú: Tiết diện gối là tiết diện tại mép của vách tăng cường ở vị trí đặt gối cầu
+ Xác định β và θ:
- Ứng suất cắt trong bê tông phải xác định theo :
v=

Vu − ϕV p

ϕbv d v

- Ứng biến trong cốt thép ở phía chịu kéo do uốn của cấu kiện phải xác định theo:
Mu
+ 0,5 N u + 0,5Vu cot θ − A ps f po
dv
εx =
≤ 0,002
E s As + E p A ps
- Nếu giá trị của εx, tính từ Phương trình trên là âm thì giá trị tuyệt đối của nó phải được giảm
đi bằng cách nhân với hệ số Fε, tính bằng :
Fε =

Es As + Ep A ps
Ec A c + Es As + Ep A ps

Trong đó :
ϕ

=

hệ số sức kháng cắt quy định

Ac

=

diện tích bê tông ở phía chịu kéo uốn của cấu kiện

Aps

=

diện tích thép dự ứng lực trong phía chịu kéo uốn của cấu kiện

Nu

=

lực dọc trục tính toán, lấy là dương nếu chịu nén (N).

Vu

=

lực cắt tính toán (N)

As

=

diện tích cốt thép không dự ứng lực trong phía chịu kéo uốn của cấu kiện

Mu

=

mô men tính toán (N-mm)

fpo

=

ứng suất trong thép dự ứng lực khi ứng suất trong bê tông xung quanh bằng 0,0

(MPa)
Bỏ qua cốt thép thường chịu kéo As = 0


x

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×