ทีพีซี คอนกรีต , นครศรีธรรมราช: ตัวอย่างการออกแบบ

ตัวอย่างการออกแบบ

.
สำหรับ Slab type (Simple Span)
- Span 8.00 m
- ผิวจราจรกว้าง 7.00 m
- ทางเท้ากว้าง 1.00 m

Strength of concrete for 28 days cube = 210 ksc
for 28 days cylender = 175 ksc

For

Reinforcement
fs = 1200 ksc for SR 24
fs = 1400 ksc for SD 30

AASHTO
Allowable stress of concrete
Flexture
Extreme fiber in compession = 0.4 f 'c
= 0.4 (175) = 70 ksc

C = ½ fc Kd.b
C = T
T = A_sf_sM = C
R = 0.5f_ckj
M = Rbd²Es = 30 x 10⁶ psi
Ec = 2 x 10⁶ psi
n = Ec/Es = 30 x 10⁶/ 2 x 10⁶= 15
k = 1/(1+(fs/15fc))
k = 0.428
.

หาค่า j

jd = d – kd

j = 0.857
R = 0.5 fcjk
= 0.5 (70) (0.857) (0.428)
= 12.8 Ksc

a) Slab (เหล็กเสริมหลักซึ่งขนานกับทิศทางการจราจร

CASE I

LLM

=
=
=

900 S
900 (8 x 3.28)
23,616 lb/ft/ft of slab

Assume

0.45 m

DL of Slab

0.45 x 2400 = 1,080 kg/m²

M_DL

1 x 1080 x 8²

8,640 kg-m

พิจารณาจาก LLM ซึ่งไม่รวม Input Load

. 50 . = 50

L + 125 25.42 + 125

0.33 > 30% ใช้ 30%

Total LL. (LLM + Impact)

23616 x 1.30

2.2

13,955 kg/m

Total Moment

=
=

8640 + 13955
22,595 kg-m/m

M_R

Rbd²

12.8 x 1.00 x 40²

20480 > 22595 OK

A_S

22595

1400 (0.857) (0.40)

47 cm²/m

use & 25 mm @ 0.10 พาดตอม่อ

Distribution Steel

จาก AASHTO

- เหล็กเสริมหลัก ซึ่งขนานกับทิศทางการจราจร

Percentage

100/ S^1/2

100/ 25.42^1/2

20.00%

A_Sd

0.20 (47)

9.4 Cm²

use & 12 mm @ 0.14

(b) Design Curb

DL = 0.50 x 0.67 x 2400
= 804 kg/m
L.L (ทางเท้า) = 150 kg/m
LL (Railing & Post) = 270 kg/m
รวมน้ำหนัก = 1224 kg/m
LLM on Curb = 0.1 P
= 0.1 x 16000 x 25.42
= 40672 ft.lb
หรือ = 5636 kg-m

คิด Impact 30%

= 5636 x 1.30
= 7327 kg-m
MDL + P + Railing = 1 x 1224 x 8²

8
= 9792 Kg-m

Total M = 9792 + 7327
= 17,119 kg-m
M_R = Rbd²= 12.8 x 0.50 x (62)²
= 49203 > 17,119 OK

As = 17119
1400 x 0.857 x 0.62
= 23 Cm²

use 4 – & 25 mm

C) Railing and Post (Spacing 1.80 m)

Railing No1
.

	DL	= 0.10 x 0.20 x 2400 = 48 kg/m
	Mx	= 1 (48 + 75) x (1.8)² ; (75 kg/m = 50 lb/ft) 10 = 39.9 kg/m
	My	= 1 x 75 x (1.8)^{2 10}
		= 24.3 kg/m

	Mx	= 39.9 kg/m
	My	= 24.3 kg/m
	Mox_e	= 12.8 x 0.20 x 6²
		= 92.2 kg-m Control
	Mox_s	= 2.262 x 1400 x 0.06
		= 190 kg-m
	Moy_e	= 12.80 x 0.15 x 16²
		= 491.50 kg-m
	Moy_s	= 2.262 x 1400 x 0.16
		= 506.70 kg-m Control
Mx + My = 39.9 + 24.30 Mox Moy 92.2 491.50
		= 0.48 <>

Railing No2 และ No3

= 0.15 x 0.25 x 2400
= 90 kg/m

= 1 x 90 x 18²
10
= 29.2 Kg/m

= 5000 x 1.8 x 0.8
2.2 4

= 818 kg-m

(Mox)_c= 12.8 x 0.25 x 11²= 387 kg-m
(Mox)_s = 3.393 x 1400 x 0.11
= 523 kg-m
(Moy)c = 12.8 x 0.15 x 21²= 846 Kg-m
(Moy)s = 3.393 x 1400 x 0.26
= 1235 Kg-m
Mx + My = 29.2 + 818
Mox Moy 387 846
= 1.04 ~ 1
.

.
Post

M = 75 x 1.80 x 0.80 + 5000 x 0.6 + 5000 x 0.3
2.2 2.2
= 2,153 kg-m
P = (75 x 1.8) + (48 + 90 + 90) x 1.80
= 545 Kg
Po = 0.225 fc' Ag + Asfs
= 0.225 (175) (30 x 25) + 11.4 x 1400
= 45,491 kg
(Mo)_c = 12.8 x 0.25 x 26²= 2,163 kg-m
(Mo)_s = 5.7 x 1400 x 0.26
= 2074.8 kg-m
P + M = 545 + 2153
Po Mo 45491 2163
= 1.007 ~ 1.00
.

.
D) Design Slab ยื่น (ส่วนของทางเท้า)

DL = 0.50 x 0.67 x 2400 + 0.25 x 0.50 x 2400
= 1,104 kg/m
LL (pedestrain) = 300 kg/m
Railing x post = 270 kg/m
รวมแรง = 1,674 kg/m
M_{DL + LL (}pedestrain_{)+(Raiting+post} = 1 x 1,674 x 0.75^{2
3
= 314 kg-m
สมุติพื้นหนา 0.15}j _{MR = Rbd}² _{= (12.8) (1) (15}²_{)
= 2,880 kg-m > 3/4 kg-m
As = 314
(1400 x 0.852 x 0.15)
= 1.76 Cm}²_/m

_{ตรวจสอบแรงเฉือน}

Design Sub – Structure
Pier
a) Cap Beam (คานหัวเสา)
Assume Cap beam 0.50 x 0.70
DL = 0.50 x 0.70 x 2400
= 840 Kg/m
Check ช่วง 8.00 m

.
DL.SLAB = 7.00 x 8.00 x 1080
= 60480 kg
DL Rail + Post, Curb = 1212 x 8.00 x 2
= 19344 kg
Lane loading = 955 x 2 x800 + 26000 x 2
2.2
= 38916 kg
.
R_B = (3.73 x 40000 + 32000) x 2
8.00
= 101,300^# = 46,045 kg
เป็นน้ำหนักลง Cap beam
Total Load = Rail + Curb + Post + HS
= 125,869 kg

DL of cap beam = 840 x 8
= 6,920 kg
Total load on cap beam = 132,789 Kg

การถ่าย load ลง cap beam = 132,789
8
= 16,573 kg/m
Span of cap beam = 1.75 m
M = 1 x 16573 x 1.75²10
= 5,075 Kg-m
M_R = Rbd²= 12.8 x 0.5 x 65²= 27,040 > 5,075 OK
As = 5,075
1,400 x 0.857 x 0.65
= 5.6 Cm²use 2 - & 25 mm
.

Design Pile

∑V = 16,573 x 8
= 132,584 kg

Allowable load per pile = 35 TONS
No. of pile = 132,586
35
= 3.78
say = 5 ต้น

Check เข็มรับ Lateral Force
Wind load (แรงลม)
Lateral force = 200 x 8.00 x 0.70
= 1,120 kg

Drift load (แรงปะทะจากแพซุง)
= 6,000 kg (คำแนะนำของกรมทางหลวง)
รวม Lateral force = 7,120 kg
.

	Traction force ตามข้อแนะนำ AASHTO 5% of lane load บนทุกเลนที่มีอยู่ รวมกับ Concentrate loading moment = 5% [955 x 2 x 8.00 + 18000] 2.2 = 1,173 kg-m แรงตะกุยจะเกิดแรงยันเสาเข็ม พิจารณา

			สำหรับ Cap beam แต่ละตัว = 1173 /2 = 586 Kg M = 586 x 3.00 ; (ความยาวเสาเข็ม 3 เมตร) = 1,758 kg-m Moment ที่เสาเข็มแต่ละต้น = 1758/5 = 352 kg-m Check เสาเข็ม แรงกระทำต่อเสาเข็มแต่ละต้น ; V = 132584/5 = 26517 kg M = 35.2 kg.m Po = 0.25 x 175 x 35 x 35 + 19.03 x 1400 = 74,876 kg MRc = 12.8 x 0.35 x 31²= 4,305 kg-m MRs = 19.63 x 1400 x 0.31 = 8,519 kg-m Control ที่ ค่า M_Rน้อยกว่า P + M = 1 Po Mo 26,517 + 352 = 0.445 <>

กรณี ออกแบบฐานรากสะพานเป็นฐานแผ่
โดยจากข้อมูลการสำรวจดิน ปรากฏว่าชั้นดินมีค่าการรับน้ำหนักแบกทานได้เพียงพอ

Design ตอม่อ

∑V = 16,573 x 8
= 132,584 kg

กำหนดเสาตอม่อจำนวน 5 ต้น ขนาดหน้าตัด 0.35x0.35 m 4 - & 25 mm
น้ำหนักกระทำบนตอม่อแต่ละต้น P = 132,584/5 = 26,517 kg
น้ำหนักบรรทุกปลอดภัยบนตอม่อ

Po = 0.25 x 175 x 35 x 35 + 19.03 x 1400
= 74,876 kg> 26,517 kg OK
MRc = 12.8 x 0.35 x 31²= 4,305 kg-m
MRs = 19.63 x 1400 x 0.31
= 8,519 kg-m

สำหรับ Cap beam แต่ละตัว = 1173 /2 = 586 Kg
M = 586 x 3.00 ; (ความยาวตอม่อ 3 เมตร)
= 1,758 kg-m
Moment ที่ตอม่อแต่ละต้น
= 1758/5 = 352 kg-m
Control ที่ ค่า M_Rน้อยกว่า
P + M = 1
Po Mo
26,517 + 352 = 0.445 <>

			. Check ตอม่อรับ Lateral Force Wind load (แรงลม) = 200 x 8.00 x 0.70 = 1,120 kg Drift load (แรงปะทะจากแพ,ซุง) = 6,000 kg (คำแนะนำของกรมทางหลวง) รวม Lateral force = 7,120 kg

			Check lateral force ที่กระทำต่อตอม่อ = 74,876 *2/8 = 18,719 kg > 7,120 kg OK
	Traction force ตามข้อแนะนำ AASHTO 5% of lane load บนทุกเลนที่มีอยู่ รวมกับ Concentrate loading moment = 5% [955 x 2 x 8.00 + 18000] 2.2 = 1,173 kg-m แรงตะกุยจะเกิดแรงยันตอม่อ พิจารณา
.
		สำหรับ Cap beam แต่ละตัว = 1173 /2 = 586 Kg M = 586 x 3.00 ; (ความยาวตอม่อ 3 m) = 1,758 kg-m Moment ที่ตอม่อแต่ละต้น = 1758/5 = 352 kg-m <>.

Design ฐานราก

น้ำหนักถ่ายจากตอม่อ = 132,584 kg
สมมุติน้ำหนักฐานราก 10 % = 13,258 kg
รวมน้ำหนัก = 145,842 kg
หน่วยแรงดันดินที่ปลอดภัย = 20,000 kg/m²
สมมุติขนาดฐานราก = 1.80 x 8.00 m
= 14.4 m²
พื้นที่ฐานรากที่ต้องการ = 145,842/20,000
= 7.30 m²<>2
หน่วยแรงดันดินขึ้นสุทธิ = 145,842/14.40
= 10,129 kg/m²

วิเคราะห์ Moment
พิจารณาด้านที่ขนานด้านยาว
- โมเมนต์ที่ขอบเสา = 10,129x0.15²/2
= 114 kg-m
และ = 10,129x1.75²/10
= 3,102 kg-m Control
พิจารณาด้านที่ขนานด้านสั้น
- โมเมนต์ที่ขอบเสา = 10,129x0.73²/2
= 2,699 kg-m

check ความหนาฐานราก
d = (M/Rb)^0.5d = (3102x100/(12.8x100))^0.5= 15.58 cm
เลือกใช้ ความหนาฐานราก 0.25 m d = 0.20 m
.

	ก. พิจารณาแรงเฉือน
		- ด้านขนานด้านยาว ตามแนว 1-1 ห่างจากขอบตอม่อ 0.20 m vc = 0.29(175)^0.5= 3.84 kg/cm²หน่วยแรงเฉือนที่เกิดขึ้น = (8x(0.72-0.2)x10129)/(800x20) = 2.63 kg/cm²<>2 OK - ด้านขนานด้านสั้น ตามแนว 2-2 ห่างจากขอบตอม่อ 0.20 m หน่วยแรงเฉือนที่เกิดขึ้น = (1.8x0.30x10129)/(180x20) = 1.52 kg/cm²<>2 OK - ด้านขนานด้านสั้น ตามแนว b-b ห่างจากขอบตอม่อ 0.20 m หน่วยแรงเฉือนที่เกิดขึ้น = (1.8x0.50x10129)/(180x20) = 2.53 kg/cm²<>2 OK .
	ข. พิจารณาแรงเฉือนทะลุที่หน้าตัด
		vc = 0.53(175)^0.5= 7.011 kg/cm^{2 -}ที่ระยะ 0.10 m ตามเส้นขอบเสาตอม่อ 3-4-5-6 หน่วยแรงเฉือนทะลุที่เกิดขึ้น = 10129x ((1.8x1.37)-(0.35+0.20)²)/(4x55x20) = 4.98 kg/cm²<>2 OK - ที่ระยะ 0.10 m ตามเส้นขอบเสาตอม่อ 7-8-9-10 น่วยแรงเฉือนทะลุที่เกิดขึ้น = 10129x ((1.8x1.75)-(0.35+0.20)²)/(4x55x20) = 6.55 kg/cm²<>2 OK .