Đồ án Thiết kế cầu dầm liên tục bê tông cốt thép dự ứng lực thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng

 CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ LAN CAN, HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC. ---oOo--- 1.1. SỐ LIỆU THIẾT KẾ. Đường thiết kế tốc độ cao với hỗn hợp các xe tải và các xe nặng nên chọn mức độ ngăn chặn của tổ hợp lan can và tường phòng hộ bê tông cấp L – 3 Lan can bằng thép kết cấu theo tiêu chuẩn AASHTO M270M giới hạn chảy fy = 250MPa, cường độ chịu kéo nhỏ nhất fu = 400MPa. (6.4.1.1) Các bộ phận của lan can có tiết diện như sau: Thanh lan can: Đường kính ngoài D = 108 mm Đường kính trong d = 100 mm Trọng lượng riêng Ws = 7850 kg/m3 Khoảng cách giữa 2 trụ lan can l = 1500mm Cột lan can sử dụng thép tấm tổ hợp hàn, chiều dày các thép tấm cơ bản ( = 6 mm
Hình 1.1. Chi tiết lan can. 1.2. THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN XE VA. 1.2.1. Kích thước tường chắn.
Hình 1.2. Tiết diện hệ lan can quy đổi. Bảng thông số hình học của tường chắn (mm)   A  B  b1  b2  b3  Hw  HR   300  500  360  250  200  810  1359   1.2.2. Các thông số thiết kế. Cường độ bê tông sử dụng  f 'c =  30  MPa   Khối lượng riêng của bê tông  WC =  2400  Kg/m3   Module đàn hồi của bê tông  Ec =  27691  MPa   Cốt thép có giới hạn chảy  Fy =  420  MPa   Module đàn hồi của thép  Es =  200000  MPa   Lớp bê tông bảo vệ cốt thép  50  mm   Đường kính cốt thép dọc  d =  10  mm   Đường kính cốt thép đai  d' =  14  mm   Bước cốt đai   @ =  200  mm   Cường độ các lực thiết kế cấp L – 3 như sau:  13.7.3.3-1)   Ft ngang  240  kN   FL dọc  80  kN   FV  80  kN   Lt và LL  1070  mm   Lv  5500  mm   He (min)  810  mm   H (min)  810  mm   1.2.3. Yêu cầu thiết kế. Lan can thiết kế phải thỏa mãn điều kiện sau:
(Điều kiện 1) và
(Điều kiện 2) Trong đó: -
là sức kháng cực hạn của tường chắn ôtô. - Ft là lực va ngang của xe vào lan can -
Chiều cao của R về phía trên mặt cầu -
Chiều cao lực va ngang của xe vào lan can phía trên mặt cầu 1.2.4. Sức kháng của tường chắn (13.7.3.4-1) 1.2.4.1. Sức kháng danh định của tường chắn khi va trong 1 phần đoạn tường.
Trong đó: Rw – sức kháng của gờ chắn Lt – chiều dài phân bố của lực theo hướng dọc, cấp L3 có Lt = 1070mm Lc – chiều dài tới hạn của kiểu phá hoại theo đường chảy Mw – sức kháng uốn của tường theo phương đứng Mc – sức kháng của tường đối với trục ngang. Mb – sức kháng uốn phụ thêm của dầm cộng thêm với Mw tại đỉnh tường H – chiều cao của tường bê tông. Chiều dài tường tới hạn Lc trên đó xảy ra cơ cấu đường chảy phải lấy bằng:

Hình 1.4. Sự phá hoại của tường chắn bê tông. * Sức kháng uốn của tường theo cốt thép nằm ngang (d = 10) tính theo phân đoạn như sau: Bố trí cốt thép chịu lực trong tường chắn với chiều dài các đoạn thép neo lneo ≥ 30d (mm) Bề dày của lan can thay đổi nên ta chia lan can làm 3 đoạn khác nhau, chiều cao hi mỗi phân đoạn như phần trên, sức kháng uốn của tường theo phân đoạn lấy như sau:
Trong đó: Mw – sức kháng uốn của tường. H – chiều cao tường (mm)
– hệ số kháng uốn,
= 0.9 As – diện tích cốt thép chịu kéo. ds – trung bình khoảng cách từ mép ngoài vùng bê tông chịu nén đến tim cốt thép chịu kéo. ds = chiều rộng tiết diện – lớp bê tông bảo vệ – ddoc - dngang/2 (mm) a – chiều dày của khối ứng suất tương đương.
+ Phân đoạn 1 có 2 thanh d10 chịu uốn, tiết diện 300 x 275 + Phân đoạn 2 có 1 thanh d10 chịu uốn, tiết diện quy về hình chữ nhật 400 x 275 + Phân đoạn 3 có 1 thanh d10 chịu uốn, tiết diện 500 x 260 BẢNG TÍNH GIÁ TRỊ MWH   Phân đoạn gờ bê tông  Chiều cao đoạn b (mm)  Diện tích cốt thép As (mm2)  Chiều cao có hiệu d (mm) 

(KNmm) 
(KNmm)                   1  360  157.08  181  7.187  10533.72  32240.99   2  250  78.5398  306  5.174  9007.73    3  200  78.5398  431  6.468  12699.54    * Sức kháng uốn của tường theo cốt thép dọc(d = 14) tính theo 1m dài:
(KNmm/mm).
(KNmm/mm). Trong đó: a – chiều cao vùng bê tông chịu nén,
với B = 1000mm Các thông số khác tương tự như trên. + Xét dải 1m theo chiều dài của lan can có 5 thanh d14, @200 chịu uốn. + Chiều cao có hiệu ds = chiều rộng tiết diện – lớp bê tông bảo vệ – ddọc/2. Phân đoạn gờ bê tông  Chiều cao phân đoạn b (mm)  Diện tích cốt thép As (mm2)  Chiều cao có hiệu d (mm)  (mm)  (KN.mm/mm)  (KN.mm/mm)                   1  360  769.69  193  12.677  54307.80  83491.89   2  250  769.69  318  12.677  90675.66    3  200  769.69  443  12.677  127043.52    Chiều dài tường tới hạn Lc :
= 1072.228 mm * Tính sức kháng cực hạn của tường chắn: GIÁ TRỊ Rw KHI VA XÔ TRONG ĐOẠN TƯỜNG   Lt  Mb  Mc  MwH  Lc  Rw   (mm)  (KNmm)  (KNmm/mm)  (KNmm)  (mm)  (KN)   1070  0  83491.89  32240.99  1072.334  221.065   1.2.4.2. Sức kháng danh định của tường chắn khi va ở đầu tường hoặc mối nối.

Các thông số tương tự như trên. GIÁ TRỊ Rw KHI VA XÔ Ở ĐẦU TƯỜNG HOẶC MỐI NỐI   Lt  Mb  Mc  MwH  Lc  Rw   (mm)  (KNmm)  (KNmm/mm)  (KNmm)  (mm)  (KN)   1070  0  83491.89  32240.99  1070.29  220.644   1.3. THIẾT KẾ TRỤ LAN CAN VÀ TAY VỊN. 1.3.1. Trường hợp va xe vào giữa nhịp lan can. Khi xe va vào giữa nhịp lan can, dạng phá hoại gồm số lượng nhịp lan can là lẻ Sức kháng của hệ dầm và cột:
Trong đó:
Khả năng cực hạn của thanh lan can
sức kháng phi đàn hồi hoặc sức kháng đường chảy của thanh lan can (Nmm)
sức kháng tải trọng ngang cực hạn của cột đứng đơn lẻ ở độ cao
phía trên mặt cầu (N) L – chiều dài một nhịp thanh lan can (mm)
chiều dài phân bố của lực va xe theo hướng dọc (mm) Hệ số sức kháng uốn: φr = 1 Với N = 1 có:
D  d 
 W=0.1D3(1-α4)  Mp = φ*fu*W  L  RR   (mm)  (mm)   (mm3)  (kNmm)  (mm)  (kN)   108  100  0.926  33379  13351  1500  110.686   1.3.2. Trường hợp va xe vào trụ lan can. Khi xe va vào cột lan can, dạng phá hoại gồm số lượng nhịp lan can N là chẵn (N=2). Sức kháng của hệ dầm và cột:
Ý nghĩa của các thông số giống như trên BẢNG TỔNG HỢP TÍNH TOÁN B  b'  δ  As = B* δ  d = b' - δ  Hcột = HR-Hw  Pp = Asfud/Hct  RR   (mm)  (mm)  (mm)  (mm2)  (mm)  (mm)  (kN)  (kN)   130  180  6  780  174  549  98.89  163.678   Trong trường hợp xe va xô vào cột lan can thì sức kháng của phần gờ bêtông bị giảm do phải chịu tải trọng cột và dầm lan can. Sức kháng của gờ bê tông trong trường hợp này được xác định như sau:
1.4. KIỂM TOÁN TƯỜNG CHẮN. 1.4.1. Kiểm toán theo điều kiện 1:
. (13.7.3.3-1) BẢNG TỔNG HỢP KIỂM TOÁN LAN CAN THEO ĐIỀU KIỆN (1) Tổ hợp va xô  Sức kháng gờ bê tông  Sức kháng cột+dầm  Sức kháng hệ lan can  Chiều cao kháng  ĐK kiểm toán (1)    RW(kN)  RR(kN)  R (kN) 
(mm)    1  Giữa nhịp lan can + đầu tường hoặc mối nối  220.644  110.686  331.329  993.402  THỎA           2  Giữa nhịp lan can + một phần đoạn tường  221.065  110.686  331.750  993.169  THỎA           3  Cột lan can + đầu tường hoặc mối nối  91.516  163.678  255.194  1162.122  THỎA           4  Cột lan can + một phần đoạn tường  91.984  163.678  255.663  1161.476  THỎA  
;
810 mm 1.4.2. . Kiểm toán theo điều kiện 2:
. (13.7.3.3-2) Tổ hợp va xô  Sức kháng tối thiểu lan can  Sức kháng cột+dầm  Sức kháng gờ bê tông  Chiều cao kháng  ĐK kiểm toán (1)    R(kN)  RR(kN)  Rw (kN) 
(mm)    1  Giữa nhịp dầm lan can + gờ bê tông  240  110.686  129.314  1105.807  THỎA           2  Cột lan can + gờ bê tông  240  163.678  76.322  984.586  THỎA           Kết luận: Tường chắn đảm bảo mức độ ngăn chặn cấp L-3. 1.5. THIẾT KẾ BU LÔNG NỐI. Sử dụng loại bu lông thường có cường độ chịu kéo 420MPa, ASTM A307 (6.4.3.1) Giới hạn chảy của bu lông Fub = 420 MPa Chiều dày bản đế  t =  10  mm   Đường kính bu lông  d =  20  mm   Diện tích tiết diện  Ab =  314.16  mm2   Số mặt chịu cắt  Ns =  1    Số bu lông cho 1 trụ  nb =  4    Bố trí các kích thước và vị trí lỗ bu lông như bản vẽ   1.5.1. Sức kháng cắt của bu lông. (6.13.2.7.) Đối với bu lông A307 thì sức kháng cắt của 1 bu lông tính theo công thức Rn = 0.38AbFubNs = 0.38×314.16×420×1 = 50140 N Trong đó: Ab: diện tích của bulong tương ứng với đường kính danh định (mm2) Fub: cường độ kéo nhỏ nhất quy định của bulong (MPa) Ns: số lượng các mặt phẳng chịu cắt tính cho mỗi mặt cắt. Lực cắt 1 bu lông:
=
24721 N < Rn =50140 N nên bu lông đủ khả năng chịu lực cắt. 1.5.2. Sức kháng kéo của bu lông. (6.13.2.10.2.) Sức kháng kéo danh định của bu lông Tn = 0.76AbFub = 0.76×314.16×420 = 100280 N Lực kéo lớn nhất trong 1 bu lông
=
= 40962 N Trong đó: Lmax = 100 mm – khoảng cách lớn nhất giữa các hàng bulong Li = 100 mm – khoảng cách các hàng bulong. m = 2 – số bulong trên 1 hàng. Kết luận: Tn > Nmax Bu lông đảm bảo khả năng chịu kéo. 1.6. SỰ TRUYỀN LỰC CẮT VÀO BẢN HẪNG MẶT CẦU. Lực kéo dọc trục do tường chắn truyền vào bản mặt cầu với trường hợp nguy hiểm, trường hợp va vào 1 phần đoạn tường, lấy như sau:
Trong đó: Sức kháng lớn nhất của tường Rw = 221.065 kN Chiều dài đường chảy Lc = 1072.334 mm Chiều cao tường chắn H = 810 mm T =
82.109 N/mm. 1.7 THIẾT KẾ THOÁT NƯỚC MẶT CẦU (2.6.6.) Chọn ống thoát nước dọc cầu có đường kính trong Dd = 200mm Ống thoát nước ngang có đường kính trong 150 mm Diện tích MCN một ống thoát nước ngang A1 = 314.16 cm2 Chiều dài cầu dầm liên tục và nhịp dẫn L = 56+84+56 + 2×34×3 = 400m Diện tích bề mặt cần thoát nước A2 = 12.5×400 = 5000m2 Diện tích tiết diện ống thoát nước yêu cầu Ad = 5000cm2 (2.6.6.3) Số lượng ống thoát nước tối thiểu yêu cầu nd = Ad /A1 = 15.91 ống Chọn số lượng ống thoát nước là 16 ống. Vì cầu làm nghiêng một mái với độ dốc ngang cầu là 2% nên ta bố trí một hàng ống thoát nước tại vị trí cuối mái dốc trong bản mặt cầu. Khoảng cách yêu cầu giữa 2 ống thoát nước kề nhau
= 26.67 m. Theo 22TCN 272 – 05 thì khoảng cách tối đa giữa 2 ống thoát nước mặt cầu là 15m. Như vậy, trong trường hợp này, khoảng cách giữa 2 ống thoát nước kề nhau trên cùng một hàng sẽ là: Sd = 15m. Bố trí hệ thống thoát nước như trong bản vẽ chi tiết thi công. 1.8. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG MẶT CẦU. Chiều cao và khoảng cách giữa các cột đèn chiếu sáng mặt cầu tham khảo trong Bài giảng “Thiết kế đường đô thị” của Th.S Nguyễn Văn Mùi. Các cột đèn được bố trí so le qua tim mặt cầu đối với mặt cầu nhằm để ánh sáng tương đối đồng đều. Chọn công suất đèn 250W, chiều cao cột đèn tương ứng sẽ là Hđèn = 7500mm. Khoảng cách giữa 2 đèn trong cùng hàng e = 24m.