Kết cấu công trình cầu đường - Trường Cao đẳng Xây dựng TP. Hồ Chí Minh Phần 2

Ví dụ 6.1

Xác định kích thước, tính và bố trí cốt thép cho cột ngắn chịu nén đúng tâm, biết:

- Bê tông có f’c = 28MPa, cốt thép theo A615M có fy = 420MPa;

- Lực nén tính toán Pu = 1200kN.

Giải:- Giả sử cột bố trí cốt thép đai thường. Ta có:

P  0,8.0,85. f , .A A f .A

 0,80,85. f , .A .A

f ..A 

n c g st

y st

c g st g

y st g

 0,8.A .0,85. f , .1 f .

g c st y st

- Chọn st = (1  4)% = 2% = 0,02. Ta có:

Pn  0,8.Ag .0,85.28.1 0,02 420.0,02 25,4.Ag

- Từ điều kiện cường độ, ta có:

P Pu 25,4.A

 1200.103 

 63043mm2 A

 0,02.63043  1260mm2 .

n g

0,75 g st

4 19

300

250

Vậy ta chọn Ag = 250x300 = 75000mm2 ≥ 63043mm2 ; Ast = 419 = 4.284 = 1136mm2 và bố trí trên mặt cắt như hình vẽ :

Mặt cắt cột đã chọn

- Kiểm tra lại mặt cắt đã chọn theo điều kiện cường độ:

P  0,8.0,85. f , .A A f .A

 0,80,85.28.75000 1136 420.1136 1788.103 N

n c g st y st

Pr .Pn  0,75.1788  1341kN Pu  1200kN

Vậy điều kiện cường độ thỏa mãn.

0,015;

0,08;

0,135.c

0,135.

0,009 .

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép dọc chịu nén:

A

 1136 

f

28 

st 75000

st max

st min

f y420

Suy ra stmin ≤ st ≤ stmax. Vậy hàm lượng cốt thép dọc chịu nén đã chọn là hợp lý.

Kết luận: Vậy kích thước mặt cắt và cốt thép đã chọn và bố trí như trên là thỏa mãn bài toán.

Ví dụ 6.2

Kiểm tra khả năng chịu lực của cột ngắn chịu nén lệch tâm, biết:

- Kích thước tiết diện 300350 mm2;

- Bê tông có f’c = 28MPa, cốt thép theo A615M có fy = 420MPa, Es = 2.105MPa;

- Sử dụng As = 419; ds = 290mm; d’s = 60mm;

- Tải trọng tính toán Mu = 100kN.m; Pu = 1000kN. Giải:

- Giả sử cột bố trí cốt thép đai thường, ta có :

Ast

 4.284  1136mm2 

P  0,8.0,85. f , .A A f .A

 0,8.0,85.28.300.350 1136 420.1136 2359.103 N 

n c g st y st

Pr .Pn

 0,75.2359.103  1769.103 N

- Ví cốt thép bố trí đối xứng, nên ta bỏ qua cốt thép chịu nén. Khi đó

f y .As 0,85. f , .b.d

 420.2.284

0,85.28.300.290

 0,115 gh

 0,357 A  0,109

- Kiểm tra hàm lượng cốt tối thiểu

As

b.d s

 2.284

300.290

f ,

 0,0065

; Suy ra  > min. Vậy hàm lượng cốt thép là hợp lý.

min

 0,03.c  0,03.

f y

420

 0,002

- Sức kháng uốn tính toán

M .M .0,85. f , .b.d 2 .A  0,9.0,85.28.300.2902.0,109  58,6.106 N.mm

r n c s

BÀI TẬP SV TỰ LÀM:

1.Xác định kích thước, tính và bố trí cốt thép cho cột ngắn chịu nén đúng tâm, biết:

- Bê tông có f’c = 32MPa, cốt thép theo A615M có fy = 300MPa;

- Lực nén tính toán Pu = 1300kN.

2.Kiểm tra khả năng chịu lực của cột ngắn chịu nén lệch tâm, biết:

- Kích thước tiết diện 250300 mm2;

- Bê tông có f’c = 30MPa, cốt thép theo A615M có fy = 300MPa, Es = 2.105MPa;

- Sử dụng As = 422; ds = 240mm; d’s = 60mm;

- Tải trọng tính toán Mu = 110kN.m; Pu = 1250kN.

PHỤ LỤC

Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05

BẢNG 1

Các giá trị 1, R và R cho một số cấp cường độ bê tông

Các giá trị giới hạn

Cấp cường độ bê tông f'c (Mpa)
28	30	32	35	40	45
1	0,850	0,836	0,821	0,800	0,764	0,729
R	0,357	0,351	0,345	0,336	0,321	0,306
R	0,293	0,289	0,285	0,280	0,269	0,259

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 76 trang tài liệu này.

BẢNG 2

Diện tích và trọng lượng cốt thép tròn theo ASTM A615M

Số hiệu

Diện tích mặt cắt ngang, cm2 - ứng với số thanh										Trọng lượng (kG/m)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Trọng lượng (kG/m)
D10	0,71	1,42	2,13	2,84	3,55	4,26	4,97	5,68	6,39	7,10	0,56
D13	1,29	2,58	3,87	5,16	6,45	7,74	9,03	10,32	11,61	12,90	0,994
D16	1,99	3,98	5,97	7,96	9,95	11,94	13,93	15,92	17,91	19,90	1,552
D19	2,84	5,68	8,52	11,36	14,20	17,04	19,88	22,72	25,56	28,40	2,235
D22	3,87	7,74	11,61	15,48	19,35	23,22	27,09	30,96	34,83	38,70	3,042
D25	5,1	10,20	15,30	20,40	25,50	30,60	35,70	40,80	45,90	51,00	3,973
D29	6,45	12,90	19,35	25,80	32,25	38,70	45,15	51,60	58,05	64,50	5,06
D32	8,19	16,38	24,57	32,76	40,95	49,14	57,33	65,52	73,71	81,90	6,404
D36	10,06	20,12	30,18	40,24	50,30	60,36	70,42	80,48	90,54	100,6	7,907
D43	14,52	29,04	43,56	58,08	72,60	87,12	101,6	116,1	130,6	145,2	11,38
D57	25,81	51,62	77,43	103,2	129,0	154,8	180,6	206,4	232,2	258,1	20,24

BẢNG 3

Quan hệ  -  - m

 0,010	 0,995	m 0,010
0,020	0,990	0,020
0,030	0,985	0,030
0,040	0,980	0,039
0,050	0,975	0,049
0,060	0,970	0,058
0,070	0,965	0,068
0,080	0,960	0,077
0,090	0,955	0,086
0,100	0,950	0,095
0,110	0,945	0,104
0,120	0,940	0,113
0,130	0,935	0,122
0,140	0,930	0,130
0,150	0,925	0,139
0,160	0,920	0,147
0,170	0,915	0,156
0,180	0,910	0,164
0,190	0,905	0,172
0,200	0,900	0,180
0,210	0,895	0,188
0,220	0,890	0,196
0,230	0,885	0,204
0,240	0,880	0,211
0,250	0,875	0,219

 0,260	 0,870	m 0,226
0,270	0,865	0,234
0,280	0,860	0,241
0,290	0,855	0,248
0,300	0,850	0,255
0,310	0,845	0,262
0,320	0,840	0,269
0,330	0,835	0,276
0,340	0,830	0,282
0,350	0,825	0,289
0,360	0,820	0,295
0,370	0,815	0,302
0,380	0,810	0,308
0,390	0,805	0,314
0,400	0,800	0,320
0,410	0,795	0,326
0,420	0,790	0,332
0,430	0,785	0,338
0,440	0,780	0,343
0,450	0,775	0,349
0,460	0,770	0,354
0,470	0,765	0,360
0,480	0,760	0,365
0,490	0,755	0,370
0,500	0,750	0,375

 0,510	 0,745	m 0,380
0,520	0,740	0,385
0,530	0,735	0,390
0,540	0,730	0,394
0,550	0,725	0,399
0,560	0,720	0,403
0,570	0,715	0,408
0,580	0,710	0,412
0,590	0,705	0,416
0,600	0,700	0,420
0,620	0,690	0,428
0,640	0,680	0,435
0,660	0,670	0,442
0,680	0,660	0,449
0,700	0,650	0,455
0,720	0,640	0,461
0,740	0,630	0,466
0,760	0,620	0,471
0,780	0,610	0,476
0,800	0,600	0,480
0,820	0,590	0,484
0,840	0,580	0,487
0,860	0,570	0,490
0,880	0,560	0,493
0,900	0,550	0,495

Bảng 4 - Bề dày lớp bê tông bảo vệ

Trạng thái

Lớp bê tông bảo vệ (mm)
Lộ trực tiếp trong nước muối	100
Đúc áp vào đất	75
Vùng bờ biển	75

60
Mặt ngoài khác với các điều kiện trên					50
Mặt trong khác với các điều kiện trên
- Đối với thanh nhỏ hơn N036					40
- Đối với thanh N043 và N057					50
Đáy bản đúc tại chỗ
- Đối với thanh nhỏ hơn N036					25
- Đối với thanh N043 và N057					50
Panen đúc sẵn					20
Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn
- Môi trường không ăn mòn					50
- Môi trường ăn mòn					70
Cọc bê tông dự ứng lực					50
Cọc đúc tại chỗ - Môi trường không ăn mòn - Môi trường ăn mòn - Giếng - Đúc trong lỗ bằng ống đổ hoặc vữa sét	bê	tông	trong	nước	50
					75
					50
					75

Mặt cầu chịu mài mòn bởi vấu lốp xe hoặc xích

Bảng 5: Bảng tra tải trọng tơng đơng của HL93 (KN/m)

Chiều dài tải (m)	Xe tải thiết kế(truck)			Xe hai trục thiết kế(tandem)
				
	0	0.25	0.5	0	0.25	0.5
4	72.50	72.50	72.50	93.50	88.00	77.00
4.5	67.31	64.44	64.44	84.74	80.40	71.70
5	66.12	58.00	58.00	77.44	73.92	66.88
6	62.03	50.48	48.33	66.00	63.56	58.67
7	57.41	48.93	41.43	57.47	55.67	52.08
8	53.02	46.52	36.25	50.88	49.50	46.75
9	49.40	43.92	34.00	45.63	44.54	42.37
10	46.51	41.37	34.04	41.36	40.48	38.72
11	43.81	38.99	33.50	37.82	37.09	35.64

41.33	37.05	32.67	34.83	34.22	33.00
13	39.06	35.41	31.68	32.28	31.76	30.72
14	36.99	33.85	30.63	30.08	29.63	28.73
15	35.12	32.38	29.57	28.16	27.77	26.99
16	33.40	30.99	28.53	26.47	26.13	25.44
18	30.40	28.50	26.56	23.63	23.36	22.81
20	27.88	26.34	24.76	21.34	21.12	20.68
22	25.73	24.45	23.15	19.45	19.27	18.91
24	23.87	22.80	21.71	17.88	17.72	17.42

Tài liệu tham khảo

1. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05;

2. Lê Đình Tâm. Cầu bê tông cốt thép trên đường ô tô, tập 1. NXB Xây dựng, 2005;

3. Nguyễn Viết Trung; Hoàng Hà. Cầu bê tông cốt thép nhịp giản đơn, tập I. NXB Giao thông vận tải, 2003;

4. Nguyễn Viết Trung. Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo ACI. NXB Giao thông vận tải, 2003;

5. Phan Quang Minh (chủ biên). Kết cấu bê tông cốt thép - phần cấu kiện cơ bản. NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2006.

PHẦN 2: KẾT CẤU THÉP

CHƯƠNG 7 :ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP

7.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU THÉP (KCT)

7.1.1. Ưu, khuyết điểm và phạm vi sử dụng của KCT

a) Ưu điểm.

+ Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn. Do cường độ của thép cao nên các kết cấu thép có thể chịu được những lực khá lớn với mặt cắt không cần lớn lắm, kết cấu thép thanh mảnh khả năng vượt được nhịp lớn. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi xây dựng cầu ở nơi hạn chế chiều cao kiến trúc.

+ Việc tính toán kết cấu thép có độ tin cậy cao. Thép có cấu trúc khá đồng đều, mô đun đàn hồi lớn. Trong phạm vi làm việc đàn hồi, kết cấu thép khá phù hợp với các giả thiết cơ bản của sức bền vật liệu đàn hồi (như tính đồng chất, đẳng hướng của vật liệu, giả thiết mặt cắt phẳng, nguyên lý độc lập tác dụng…).

+ Kết cấu thép “nhẹ” nhất so với các kết cấu làm bằng vật liệu thông thường khác (bê tông, gạch đá, gỗ). Độ nhẹ của kết cấu được đánh giá bằng hệ số c = γ/F, là tỷ số giữa tỷ trọng γ của vật liệu và cường độ F của nó. Hệ số c càng nhỏ thì vật liệu càng nhẹ.

Trong khi bê tông cốt thép (BTCT) có c = 24.10-4 1/m, gỗ có c = 4,5.10-4 1/m, thì hệ số c của thép chỉ là c = 3,7.10-4 1/m

+ Kết cấu thép thích hợp với thi công lắp ghép và có khả năng cơ giới hoá cao trong chế tạo. Các cấu kiện thép dễ được sản xuất hàng loạt tại xưởng với độ chính xác cao. Các liên kết trong kết cấu thép (đinh tán, bu lông, hàn) tương đối đơn giản, dễ thi công.

+ Kết cấu thép không thấm chất lỏng và chất khí do thép có độ đặc cao nên rất thích hợp để làm các kết cấu chứa đựng hoặc chuyển chở các chất lỏng, chất khí.

+ So với kết cấu bê tông, kết cấu thép dễ kiểm nghiệm, sửa chữa và tăng cường.

b) Nhược điểm.

+ Kết cấu thép dễ bị han gỉ, đòi hỏi phải có các biện pháp phòng chống và bảo dưỡng khá tốn kém. Đặc biệt, yêu cầu chống gỉ cao đặt ra cho các kết cấu cầu làm việc trong môi trường xâm thực mạnh như môi trường biển.

+ Thép chịu nhiệt kém. Ở nhiệt độ trên 40000C, biến dạng dẻo của thép sẽ phát triển

dưới tác dụng của tĩnh tải (từ biến của thép). Vì thế, trong những môi trường có nhiệt độ cao, nếu không có những biện pháp đặc biệt để bảo vệ thì không được phép sử dụng kết cấu bằng thép.

+ Trong lĩnh vực giao thông vận tải khi sử dụng thép làm cấu đòi hỏi phải sơn phủ trong suốt quá trình khai thác chi phí cao, ảnh hưởng đến môi trường.

c) Phạm vi sử dụng của KCT

+ KCT được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: xây dựng dân dụng, xây dựng công nghiệp, xây dựng GTVT, các lĩnh vực khác,...). Tuy nhiên, kết cấu thép đặc biệt

có ưu thế trong các kết cấu vượt nhịp lớn, đòi hỏi độ thanh mảnh cao, chịu tải trọng nặng và những kết cấu đòi hỏi tính không thấm.

+ Trong lĩnh vực giao thông vận tải kết cấu thép được sử dụng làm cầu thép: Cầu dầm thép, cầu giàn thép, cầu dây văng dầm thép, cầu vòm ống thép nhồi bê tông… Ngoài ra kết cấu thép được sử dụng làm đà giáo, ván khuôn, trụ tạm trong thi công cầu.

7.2. Nguyên lý thiết kế theo 22TCN 272-05: giống phần KCBTCT

7.3. Vật liệu thép trong xây dựng

Các thuộc tính cơ bản của thép là thể hiện ở cường độ chảy, cường độ kéo đứt, độ dẻo, độ rắn và độ dai, các thuật ngữ trên được phân biệt như sau:

+ Cường độ chảy là ứng suất mà tại đó xảy ra sự tăng biến dạng mà ứng suất không tăng.

+ Cường độ chịu kéo là ứng suất lớn nhất đạt được trong thí nghiệm kéo.

+ Độ dẻo là chỉ số của vật liệu phản ánh khả năng giữ được biến dạng quá đàn hồi mà không xảy ra phá hoại. Nó có thể được tính bằng tỷ số giữa độ giãn khi phá hoại và độ giãn ở điểm chảy đầu tiên.

+ Độ rắn là thuộc tính của vật liệu cho phép chống lại sự mài mòn bề mặt.

+ Độ dai là thuộc tính của vật liệu cho phép tiêu hao năng lượng mà không xảy ra phá hoại.

7.3.1. Thành phần hóa học của thép

Thành phần hoá học có ảnh hưởng trực tiếp tới cấu trúc của thép, do đó có liên quan chặt chẽ đến tính chất cơ học của nó. Thành phần hoá học chủ yếu của thép là sắt (Fe) và các bon (C). Lượng các bon tuy rất nhỏ nhưng có ảnh hưởng quan trọng đối với tính chất cơ học của thép: lượng các bon càng nhiều thì cường độ của thép càng cao nhưng tính dẻo, tính dai và tính hàn của nó giảm. Thép dùng trong xây dựng đòi hỏi phải có tính dẻo cao để tránh đứt gãy đột ngột nên hàm lượng các bon được hạn chế khá thấp, thường không lớn hơn 0.2-0.22

% về khối lượng.

Trong thép các bon thường, ngoài sắt và các bon còn có những nguyên tố hoá học khác. Các nguyên tố hoá học có lợi thường gặp là mangan (Mn) và silic (Si). Các nguyên tố có hại có thể kể đến là phốt pho (P) và lưu huỳnh (S) ở thể rắn, ô xy (O) và ni tơ (N) ở thể khí. Các nguyên tố có hại này, nói chung, làm cho thép trở nên giòn, đặc biệt khi thép làm việc trong điều kiện bất lợi (chịu ứng suất tập trung, tải trọng lặp, chịu nhiệt độ cao…).

109