Đề tài Thiết kế đường ô tô TCVN4054 - 05

PhÇn II : thiÕt kÕ kÜ thuËt Ch¬ng I : TÝnh to¸n b¶n mÆt cÇu +ChiÒu dµi tÝnh to¸n: L = 42m +Khæ cÇu: B=( 8 + 2*1.5 )m +T¶i träng: ®oµn xe HL93, ngêi ®i bé: 300kg/m2 +Quy tr×nh thiÕt kÕ BGTVT 22 TCN 272-05. +Tiªu chuÈn thiÕt kÕ ®êng «t« TCVN4054-05. VËt liÖu : +Cêng ®é bªt«ng 28 ngµy tuæi . +Cêng ®é thÐp thêng . I .Ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n néi lùc b¶n mÆt cÇu. -¸p dông ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n gÇn ®óng theo TCN 4.6.2( ®iÒu 4.6.2 cña 22TCN272-05) . MÆt cÇu cã thÓ ph©n tÝch nh mét dÇm liªn tôc trªn c¸c gèi lµ c¸c dÇm. II. X¸c ®Þnh néi lùc b¶n mÆt cÇu S¬ ®å tÝnh vµ vÞ trÝ tÝnh néi lùc: B¶n mÆt cÇu lµm viÖc theo hai giai ®o¹n. Giai ®o¹n mét : Khi cha nèi b¶n , b¶n lµm viÖc nh mét dÇm cèng son ngµm ë sên dÇm Giai ®o¹n hai : Sau khi nèi b¶n, b¶n ®îc nèi b»ng mèi nèi ít, ®æ trùc tiÕp víi dÇm ngang. a-TÝnh to¸n b¶n hÉng : -X¸c ®Þnh chiÒu dµy b¶n mÆt cÇu: ChiÒu dµy b¶n tèi thiÓu theo AASHTO lµ 175(mm) Víi dÇm ®¬n gi¶n : Hmin===203.2(mm)>175(mm) Chän hs = 205(mm) lµm chiÒu dµy chiu lùc cña b¶n mÆt cÇu,céng thªm 15(mm) hao mßn ,träng lîng b¶n khi tÝnh lµ 220(mm). 1 -Träng lîng b¶n mÆt cÇu : Ws=Hb x = 220 x 2.4x10 -5 =528 x10-5 N/mm 2-Träng lîng líp phñ: -Líp phñ mÆt cÇu : + Bª t«ng Asphalt dµy 5cm träng,lîng riªng lµ 22,5 KN/m3. + Bª t«ng b¶o vÖ dµy 3cm träng,lîng riªng lµ 24 KN/m3. + Líp phßng níc Raccon#7(kh«ng tÝnh) + Líp t¹o ph¼ng dµy 3 cm,träng lîng riªng lµ 24 KN/m3. Tªn líp BÒ dµy (m) TL riªng (KN/m3) Khèi lîng (KN/m2) BT Asfalt 0,05 22,5 1,12 BT b¶o vÖ 0,03 24 0,72 Líp t¹o ph¼ng  0,03 24 0,72 Þ TÜnh t¶i r¶i ®Òu cña líp phñ tÝnh cho 1mm cÇu lµ: 3 -Träng lîng lan can : Pb=(( 865x180+(450-180)x75+50x255+535x50/2+(450-230)x255/2))x2.4x10-5 = 5.75N/mm cÊu t¹o lan can 1- Néi lùc do tÜnh t¶i ( Néi lùc tÝnh cho d¶i b¶n ngang cã chiÒu réng lµ 1 mm) a ) Néi lùc do b¶n mÆt cÇu Ws : S¬ ®å: S=2080mm ,h =200mm ,) Momen d¬ng vµ ©m t¹i gi÷a nhÞp vµ gèi cña dÇm liÖn tôc cã thÓ lÊy: M==1444 N.mm/mm ViÖc xÕp tÜnh t¶i do b¶n mÆt cÇu thÓ hiÖn nh b¶n vÏ: ®èi víi t¶i träng ph©n bè ®Òu,c¸c diÖn tich trong b¶ng nh©n víi S ®Ó tÝnh lùc c¾t vµ S2 ®Ó tÝnh m«men R200 = WS xdiÖn tÝch thùc kh«ng cã ®o¹n hÉng xS =4.80x10-3(0.3928)2080=3.58 (N/mm) M204 =Ws x diÖn tÝch thùc kh«ng cã ®o¹n hÉngxS2 =4.83x10-3(0.0772)20802=1337.72(N.mm/mm) M300 = Ws x xdiÖn tÝch thùc kh«ng cã ®o¹n hÉngxS2 =4.8x10-3(-0.1071)20802 =-1855.83 (N.mm/mm) b)Do b¶n hÉng C¸c tham sè h0 =230(mm),W0 =5.42x10-3 (N/mm2) vµ L=1250(mm).ViÖc ®Æt tÜnh t¶i lªn b¶n hÉng thÓ hiÖn trªn h×nh . W0 =5.42x10-3 Theo b¶ng A1 ph¶n lùc cña dÇm I ngoµi vµ momen lµ: R200 =W0x(diÖn tÝch DAH do¹n hÉng) L =5.42x10-3(1+0.635)1040 =6.78(N/mm) M200=-W0x(diÖn tÝch DAH do¹n hÉng) =5.42x10-3(-0.5)10402 =-2445.78(N.mm/mm) M204=W0(diÖn tÝch §AH®o¹n hÉng) L2 =5.42x10-3(-0.2460)10402=-1203.32(N.mm/mm) M300=W0(diÖn tÝch §AH ®o¹n hÉng)L2 =5.42x10-3(0.135) 10402=660.36(N.mm/mm) c)Do lan can T¶i träng lan can coi nh mét lùc tËp trung cã gi¸ trÞ ®Æt t¹i träng t©m cña lan can .XÕp t¶i lªn ®ah ®Ó t×m tung ®é ®ah t¬ng øng .Tra b¶ng víi: . R200 = Pb x (tung ®é ®ah) R200 = Pb(1+1.270L1/S) =575000x10-5x(1+1.127x900/2080)=8.5N/mm M200 = Pb x (tung ®é ®ah)x L1 M200-b =Pb(-1xL1) =575000x10-5x(-1x900)=-4628.75 N mm/mm M204 = Pb x (tung ®é ®ah)x L1 M204 =Pb(-0.4920xL1) =575000x10-5x(-0.4920x900)=-2277.35N mm/mm M300 = Pb x (tung ®é ®ah)x L1 M300 =Pb(0.27xL1) =575000x10-5x(0.27x900)=1249.76 N mm/mm Néi lùc tÝnh cho d¶i b¶n trong( n»m gi÷a 2 sên dÇm ) d) Néi lùc do líp phñ WDW S¬ ®å : Dïng b¶ng tra víi :L2=600mm R200 = WDW((diÖn tÝch ®ah ®o¹n hÉng )L2+(Diªn tÝch ®ah kh«ng hÉng)S ) R200 = WDW ((1+0.635x)x L2+0.3928xS) =244 M200 = WDW((diÖn tÝch ®ah ®o¹n hÉng )x M200-DW = WDW(-0.5) x =168.75x10-5x(-0.5)x6002=- 211 N mm/mm M204 = WDW x[(diÖn tÝch ®ah ®o¹n hÉng)x+( diÖn tÝch ®ah kh«ng hÉng)x] M204 = WDW[(-0.246)x+(0.0772)x) =168.75x10-5x[(-0.246)x6002+(0.0772)x20802]=366.49 N mm/mm M300 = WDWx[(diÖn tÝch ®ah ®o¹n hÉng)x+(diÖn tÝch ®ah kh«ng hÉng)x] M300 = WDWx[(0.135)x+(-0.1071)x) =168.75x10-5x[(0.135)x600+(-0.1071)x2080]=- 595.5 N mm/mm 2. X¸c ®Þnh néi lùc do ho¹t t¶i : 2.1 M«men d¬ng lín nhÊt do ho¹t t¶i b¸nh xe: *Tải trọng: Tính theo tải trọng trục 145KN, tải trọng mỗi bánh xe trên trục giả thiết bằng nhau và cách nhau 1800mm, xe tải thiết kế được đặt theo phương ngang cầu để gây nội lực lớn nhất, vậy tim của bánh xe cách lề đường không nhỏ hơn 300mm khi thiết kế bản hẫng và 600mm tính từ mép làn thiết kế, 3600mm khi thiết kế các bộ phận khác. Chiều rộng của dải bản trong (mm) chịu tải trọng bánh xe của mặt cầu đổ tại chỗ là: - Khi tính bản hẫng: 1440 + 0.833X - Khi tính mômen dương: 660 + 0.55S - Khi tính mômen âm: 1200 + 0.25S ( X là khoảng cách từ bánh xe đến tim gối) 2.2.1. Tính cho dải bản trong (Tức là dải bản nằm giữa 2 sườn dầm): * Mômen dương lớn nhất do hoạt tải bánh xe: + Với các nhịp bằng nhau (S), mômen dương lớn nhất gần đúng tại vị trí 204 (0.4S của nhịp B-C): S = 2080 => SW+ = 660 + 0.55S = 660 + 0.55*2080 = 1705m - Trường hợp 1: Khi xếp 1 làn xe (m = 1.2): - Sơ đồ: - Phản lực tại gối 200: R200=m*(y1v – y2v )*(W/ SW+ ), trong đó, m là hệ số làn xe Khi 1 làn xe : m = 1.2 Khi 2 làn xe : m = 1.0 R200 = 1.2*(0.5100-0.0775)*(72.5*103/1705)= 22.07 kN/m - Mômen tại vị trí 204: M204 = m * (y1M – y2M)*S*(W/ SW+ ) = 1.2*(0.2040-0.031)*2080*(72.5*103/1705) = 16772.38 Nmm =16.77 kNm/m - Trường hợp 2 : Khi xếp 2 làn xe (m = 1): - Sơ đồ: - Phản lực tại gối 200: R200 = m*(y1v – y2v + y3v – y4v)*(W/ SW+ ) = 1*(0.5100-0.0775+0.0214-0.004)*( 72.5*103/1705) = 19.13 KN/m - Mômen tại vị trí 204: M204 = m * (y1v – y2v + y3v – y4v)*S*(W/ SW+ ) = = 1*(0.2040-0.031+0.0086-0.0016) *2080* ( 72.5*103/1705) = 14542.52 Nmm/mm = 14.54 kNm/m So sánh 2 trường hợp trên ta chọn Max{TH1;TH2}, Chọn TH1: R200= 22.07 KN/m , M204= 16.77 kNm/m * Mômen âm lớn nhất tại gối trong do hoạt tải bánh xe: - Thường mômen âm lớn nhất đặt tại gối C (Điểm 300) - Chiều rộng dải bản khi tính mômen âm là SW- SW- = 1220 + 0.25S = 1220 + 0.25*2080 = 1695mm - Trường hợp 1: Khi xếp 1 làn xe (m = 1.2): Đường ảnh hưởng M300 có tung độ lớn nhất tại điểm 206 - Sơ đồ: - Phản lực tại gối 200: R200=m*(y1v – y2v )*(W/ SW- ), trong đó, m là hệ số làn xe Khi 1 làn xe : m = 1.2 Khi 2 làn xe : m = 1.0 R200 = 1.2*(0.2971-0.06815)*(72.5*103/1695)= 11.75 N - Mômen tại vị trí 300: M300 = m * (-y1M – y2M)*S*(W/ SW- ) = 1.2*(-0.1029-0.06815)*2080*(72.5*103/1695)= -16681.16 Nmm - Trường hợp 2: Khi xếp 2 làn xe (m = 1): Theo lý thuyết trong sách “Cầu bê tông cốt thép trên đường ôtô” của GS-TS Lê Đình Tâm rằng: Mômen do xe thứ 2 nhỏ hơn 20%(m = 1) b. Tính cho bản hẫng (Bản mút thừa): *Tải trọng: Tải trọng lấy như đối với tính dải bản phía trong, vị trí bánh xe ngoài đặt cách mép lan can 300mm hay 310mm tính từ tim dầm chủ. * Mômen âm do hoạt tải trên bản hẫng: Sơ đồ: SWo = 1240 + 0.833X. Chỉ tính mômen âm của bản hẫng nếu: X = (L – Bc – 600) > 0 Thay số: X = (1040 – 450 – 600) =0 => SWo = 1240 + 0.833*0 = 1240 mm do đó, phải tính mômen âm do hoạt tải: M200= - m*W*(L – Bc – 300)/ SWo ) = -1.2*72.5*103*(950-450-300)/1306.6 M200= -13317 Nmm/mm =-13.32 kNm/m * M« men d¬ng lín nhÊt do ho¹t t¶I : T¶i träng b¸nh xe ngoµi ®Æt c¸ch mÐp lan can 300 mm tÝnh tõ tim dÇm chñ.chiÒu réng lµm viÖc cña d¶i b¶n còng lÊy nh b¶n hÉng - Sơ đồ: R200 = m*(y1v + y2v )*(W/ SWo) = 1.2*(1.1105+0.27075) * 72.5*103/1306.6 R200= 98.51 kN/m 2.2.2. Tổ hợp nội lực (do tĩnh tải và hoạt tải) của bản: A. Mômen và lực cắt theo TTGH cường độ 1: Tổ hợp tải trọng thẳng đứng có thể tính theo công thức. h∑giQi=h[gpDC+gpDW+1.75(LL+IM)] Trong đó: h:=hDhRhI³0.95 hD=0.95 cốt thép được thiết kế đến chảy.[A1.2.3] hR=0.95 Bản liên tục.[A1.3.4] hI=1.05 cầu quan trọng [A1.3.5] Do đó: hI=0.95(0.95)(1.05)=0.95. Hệ số tải trọng cho tỉnh tải gp lấy trị số lớn nhất nếu hiệu ứng lực tăng thêm và trị số nhỏ nếu hiệu ứng lực nhỏ đi [Bảng.1.2]. Tỉnh tải DW là trọng lượng lớp phủ bêtông nhựa và DC là tất cả các tải trọng tĩnh khác. Mu = 0.95*(g p1*( MWo+ MPb + Mws )+ g p2* MWdw+1.75*(1+IM)*MW) Qu = 0.95*(g p2*( QWo+ QPb + QWs )+ g p2* QWdw+1.75*(1+IM)*QW) Trong đó: MWo, QWo là mômen và lực cắt do trọng lượng bản hẫng MPb, QPb là mômen và lực cắt do trọng lượng lan can Mws, QWs là mômen và lực cắt do trọng lượng bản mặt cầu MwDW, QwDW là mômen và lực cắt do trọng lượng lớp phủ Mw, Qw là mômen và lực cắt do hoạt tải bánh xe (1+IM) là hệ số xung kích = 1.25 g p1 là hệ số vượt tải cho nội lực do tĩnh tải không kể lớp phủ g p2 là hệ số vượt tải cho nội lực do tĩnh tải do lớp phủ Chú ý: + Nếu nội lực do tĩnh tải và hoạt tải cùng dấu thì g p1 = 1.25, g p2 = 1.5 + Nếu nội lực do tĩnh tải và hoạt tải trái dấu thì g p1 = 0.9, g p2 = 0.65 Thay số: * Q200 = 0.95*(g p2*( QWo+ QPb + QWs )+ g p2* QWdw+1.75*(1+IM)*QW) = 0.95*(1.25*(3.58+8.5 + 6.78 )+1.5*2.44+1.75*1.25*98.51) = 231.96 N/mm = 231.96 KN/m. * M200 = 0.95*(g p1*(Mwo+ Mpb)+ g p2* Mwdw+1.75*(1+IM)*Mw) = 0.95*(1.25*(-2445.78-4628.75)+1.5*(-211)+1.75*1.25*(-13317)) = -38290.6 Nmm/mm = -38.29 KNm/m * M204 = 0.95*(g p1*( Mws + Mwo+ Mpb)+ g p2* Mwdw+1.75*(1+IM)*Mw)+Mo =0.95*(1.25*(1337.72) +0.9*(- 1203.32 – 2277.35) +1.5*366.49+1.75*1.25*16772.38 ) =33989.92Nmm/mm = 34KNm/m * M300 = 0.95*(g p1*( Mws +Mwo+ Mpb )+ g p2* Mwdw+1.75*(1+IM)*Mw) =0.95*(1.25*(-1855.83)+0.9*(660.36+1249.76)+1.5*(-595.5)+1.75*1.25*(-16681.16)) = - 36084.77Nmm/mm = - 36.08KNm/m B .Theo TTGHSD1: Mu =Mws +  MWo + MPb + MwDW + Mw,(IM) M200 = -2445.78 - 4628.75 - 211 - 1.25*13317 = -23931.78 Nmm/mm. M204  = 1337.72 - 1203.32 - 2277.34 + 366.49 + 1.25*16772.38 = 19189.025 mm/mm M300 = -1855.83 + 660.36 + 1249.76 - 595.5 - 1.25*16681.16= -21392.66 N mm/mm B¶ng tæng hîp néi lùc TTGH C§1 TTGH SD1 M(KN.m/m) M(KN.m/m) 200 -38.29 -23.932 204 34 19.2 300 - 36.08 21.39 3. TÝnh to¸n _kiÓm tra _bè trÝ hµm lîng cèt thÐp : * Nội lực đưa về tính cho 1mm: - Cường độ vật liệu: - Bê tông: f’c = 50Mpa - Cốt thép: f’y = 400Mpa - Dùng cốt thép phủ epôcxy cho bản mặt cầu và lan can. Chiều cao có hiệu quả của bản bêtông khi uốn dương và âm khác nhau vì các lớp bảo vệ trên và dưới khác nhau. - Lớp bảo vệ ( Theo Bảng 5.12.3-1): + Mặt cầu bê tông trần chịu hao mòn: 60mm + Bản đáy đúc tại chỗ: 25mm Giả thiết dùng N015: db = 16mm, Ab = 200mm2 Trong đó: hf = Hb – 15mm = 200 – 15 = 185mm - ddương = 200 – 15 - 25 – 16/2 = 152mm - dâm = 200 – 60 – 16/2 = 132mm bªt«ng cã f’c = 50 MPa , cèt thÐp cã fy = 400 MPa. 3.1. TÝnh cèt thÐp chÞu m« men d¬ng: + với Mu là mômen theo TTGHCĐ 1, d là chiều cao có hiệu (ddương hoặc dâm) Mu =33989.92 Nmm/mm mm2/mm + KiÓm tra hµm lîng cèt thÐp tèi ®a : + víi b=1mm .§¹t yªu cÇu. + KiÓm tra hµm lîng cèt thÐp tèi thiÓu : .§¹t yªu cÇu. 3.2. TÝnh cèt thÐp chÞu m« men ©m : Mu = 36084.77KNm; d = 132mm Thử chọn: mm2/mm + KiÓm tra hµm lîng cèt thÐp tèi ®a : - víi b=1mm .§¹t yªu cÇu. + KiÓm tra hµm lîng cèt thÐp tèi thiÓu : .§¹t yªu cÇu. 3.3. KiÓm tra c¬ng ®é theo m« men : a. Theo m« men d¬ng: Mn =FAs .fy(d - a /2) = 0.9 x 0.68x 400 x(152 -6.4/2) =36426.24 Nmm/mm (Víi F =0.9) Mn > Mu . §¹t yªu cÇu. b. Theo m« men ©m : Mn =F .fy(d - a /2) =0.9 x400 x(132 – 0.83/2) =47370.6 Nmm/mm Mn > Mu . §¹t yªu cÇu. 3.4. KiÓm tra chèng nøt : + øng suÊt kÐo fS fSa = Z/(dc.. A)1/3 0.6 fy = 240 MPa Trong ®ã +Z:th«ng sè b¶o vÖ nøt = 23000 N/mm +dc kho¶ng c¸ch tõ thí chÞu kÐo xa nhÊt ®Õn tim thanh gÇn nhÊt 50 mm +A : DiÖn tÝch cã hiÖu cña bª t«ng chÞu kÐo cã träng t©m trïng träng t©m cèt thÐp + §Ó tÝnh øng suÊt kÐo fS trong cèt thÐp ta ding m«men trong tr¹ng th¸i GHSD lµ M víi = 1 M = MDC + MDW + 1.33 MLL ( theo TTSD1) M204 = (1337.72 - 1203.32 -2277.35) +366.49 +1.33*16772.38 = 20530.81 -C¸c hÖ sè = 1) -M«®un ®µn håi cña bªt«ng: Ec = 0.0431.5 = 2400 kg/ m3 f’c = 50 MPa Ec = 35749.53 MPa ES = 200 000 MPa n= ES / Ec = 6 a Theo m«men d¬ng : Ta gi¶ thiÕt x d’ , dc = 45 mm , d’ = 45 mm , d = 152 mm, hf = 185 Ta cã : 0,5bx2 = n A’S(d’ - x) + n AS (d - x ) 0,5 bx2 = 6 * 0.83(45 - x ) + 6* 0.68(152 - x ) 0,5 x2 = 224.1- 4.98x + 620.16 - 4.08x Gi¶i ph¬ng tr×nh ta cã : x = 33< d’=45 Ta cã : ICT = bx3/3 + nA’S (d’ - x)2 + nAS(d - x)2 ICT = 333/3 + 6*0.83(45 – 33)2 + 6*0.68(152- 33)2 ICT = 70473 mm2/mm VËy ta cã : fS = = 6xx(152-33) = 208 MPa fSa = 23000/(45.2.45.1)1/3 = 1443.8 MPa KÕt luËn: fS < fSa =0.6 fy = 240 MPa ®¹t b Theo m«men ©m : 0,5bx2 = n AS(d’ - x) + n A’S (d - x ) 0,5 bx2 = 6 * 0.68(45 -x ) + 6* 0.83(132 -x ) 0,5 bx2 = 183.6 -4.08x + 538.56 - 4.98x Gi¶i ph¬ng tr×nh ta cã : x = 30< d’=45 ICT = 303/3 + 6*0.68(45 - 30)2 + 6*0.83(132- 30)2 ICT = 61729.92mm4/mm VËy ta cã : fS = = 6xx(132-30) = 212.1 MPa KÕt luËn: fS < fSa = 0.6 fy = 240 MPa ®¹t 3.5. TÝnh cèt thÐp b¶n_bè trÝ : + cèt thÐp chÞu m«men d¬ng : As = 0.68mm2/mm =680mm2/m =6.8cm2/m Chän 5f16 víi As = 10.05 (cm2)bè trÝ kho¶ng c¸ch lµ a =200 mm + cèt thÐp chÞu m«men ©m : As = 0.83mm2/mm =830mm2/m =8.3cm2/m Chän 5f14 víi As = 769.69 cm2 .bè trÝ víi khoang c¸ch nh sau : H×nh 4.17 Bè trÝ thÐp trong b¶n lo¹i dÇm