Thiết kế sơ bộ cầu đúc hẫng

Phần I Thiết kế sơ bộ Tổng quan * * * I – Điều kiện tự nhiên tại khu vực Xây dựng cầu I.1 – Đặc điểm về địa hình – Thuỷ văn. - Chế độ thuỷ văn ít thay đổi +) MNCN : 4.50 m +) MNTT : 2.00 m +) MNTN : -0.40 m I.2 – Đặc điểm về Địa chất - Đã tiến hành khoan tại 2 lỗ khoan ỏ vị trí xây dựng cầu dự kiến và có kết quả sau : +) Lớp 1 : Sét dẻo cứng +) Lớp 2 : Sét +) Lớp 3 : Cát hạt vừa bão hoà nước , trạng thái chặt Lớp Chiều dày H m Hệ số rỗng e Độ sệt B g kN/m3 Lực dính C KG/cm2 Cường độ R’ KG/cm2 Góc ma sát j độ 1 2.63 0.7 0.4 18 0.14 1.2 22 2 4.00 0.5 0.2 18 0.12 1.2 25 3 Vô hạn 17 0.06 2.5 38 II – Các phương án và phương pháp xây dựng II.1 – Quy trình thiết kế và các nguyên tắc chung II.1.1 – Quy trình thiết kế - Quy trình thiết kế : Quy trình thiết kế đường ôtô - Quy trình thiết kế cầu cống : 22TCN. 272- 05 (Bộ GTVT) II.1.2 – Các nguyên tắc thiết kế - Công trình được thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thoát phù hợp với quy mô của tuyến đường. - Đáp ứng được yêu cầu quy hoạch , phân tích tương lai của tuyến đường. - Thời gian thi công ngắn. - Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng - Giá thành xây dựng thấp. II.2 – Các thông số kĩ thuật cơ bản. II.2.1 – Quy mô xây dựng - Cầu được thiết kế vĩnh cửu với tuổi thọ >100 năm. II.2.2 – Tải trọng thiết kế - Sử dụng cấp tải trọng theo quy trình thiết kế cầu : 22TCN.272 - 05 +) Hoạt tải thiết kế : HL93 Xe tải thiết kế : P = 325 kN Xe 2 trục thiết kế : P = 220 kN Tải trọng làn thiết kế : q = 9.3kN/m +) Tải trọng Người : 3kN/m2 - Hệ số tải trọng +) Tĩnh tải giai đoạn 1 : g1 = 1.25 +) Tĩnh tải giai đoạn 2 : g2 = 1.5 +) Hoạt tải : g1 = 1.75 - Hệ số động (hệ số xung kích ) : IM = 1+ 25 / 100 = 1.25 II.2.3 – Khổ cầu thiết kế - Mặt cắt ngang thiết kế cho 2 làn xe với vận tốc thiết kế : V=60 km/h - Mặt cắt ngang khổ : K = 8.0+2x2 + 2x0.5 m +) Phần xe chạy : Bxe = 2x4.0 m +) Phần lề bộ hành : Ble = 2x2.0 m +) Phần lan can : 2x0.5 m II.2.4 – Khổ thông thuyền - Sông thông thuyền cấp I : +) Tĩnh cao : H = 10 m +) Tĩnh ngang : B = 80m II.2.5 – Trắc dọc cầu - Cầu nằm trên đường cong tròn R = 6000 m - Độ dốc dọc cầu : i = 4% III – Các phương án cầu và so sánh lựa chọn . III.1 – Nguyên tắc lựa chọn phương án cầu - Đáp ứng yêu cầu thông thuyền - Giảm tối thiểu các trụ giữa sông - Sơ đồ nhịp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nhưng có ưu tiên việc tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nước. - Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công. - Đạt hiệu quả kinh tế cao , giá thành rẻ. Chương phương án sơ bộ I Cầu BTCT DƯL đúc hẫng Cân bằng 1.1- Giới thiệu chung về phương án 1.1.1 – Tiêu chuẩn thiết kế - Quy trình thiết kế : 22TCN.272 – 05 Bộ Giao thông vân tải - Tải trọng thiết kế : HL93 , đoàn Người bộ hành 3kN/m2 1.1.2 – sơ đồ kết cấu 1.1.2.1. Kết cấu phần trên - Sơ đồ bố trí chung toàn cầu 2 x40+75+120+75 + 2x40 m - Kết cấu cầu đối xứng gồm 2 nhịp dẫn phía bên trái và 2 nhịp dẫn phía bên phải và hệ cầu BTCTDƯL liên tục 3 nhịp thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng. - Dầm liên tục 3 nhịp 75+120+75 m tiết diện hình hộp chiều cao thay đổi +) Chiều cao dầm trên đỉnh trụ h= 6.0 m. +) Chiều cao dầm tại giữa nhịp h= 2.5 m. - Cao độ đáy dầm thay đổi theo quy luật parabol đảm bảo phù hợp yêu cầu chịu lực và mỹ quan kiến trúc. - Mặt cắt hộp dạng thành xiên +) Chiều dày bản nắp : tb = 30 (cm) +) Chiều dày bản đáy : Mặt cắt gối là 80 cm , tại mặt cắt giữa nhịp là 30 cm +) Chiều dày phần cánh hẫng : hc = 25 cm +) Chiều dày bản mặt cầu tại ngàm : tn = 80cm +) Chiều dày sườn dầm : ts = 50 cm - Vật liệu dùng cho kết cấu nhịp. 1- Bê tông cấp A có: +) f’c = 40 (MPa). +) gc = 25 (kN/m3). +) Ec = 0,043.gc1,5 .= 33994.48 (MPa). 2- Cốt thép DƯL của hãng VSL theo tiêu chuẩn ASTM - grade 270 có các chỉ tiêu sau: +) Diện tích một tao Astr = 98.71mm +) Cường độ cực hạn: fpu = 1860 MPa +) Độ chùng sau 1000h ở 2000 C là 2.5% 3- Neo: Sử dụng loại neo EC-5-31, EC-5-22 và EC 5-12. 4- Cốt thép thường: Sử dụng loại cốt thép có gờ với các chỉ tiêu: +) Rs = 300 (MPa). +) Es = 200000 (MPa). +) fy = 420 (MPa). - Nhịp dẫn : Dầm dẫn 2 bờ dùng dầm Super T dự ứng lực giản đơn chiều dài 40 m chế tạo định hình theo công nghệ căng trước. + Chiều cao 1.75 m + Cáp: Dùng loại bó xoắn + Có dầm ngang 1.1.2.2 - Kết cấu phần dưới a- Cấu tạo trụ cầu : - Trụ cầu dùng loại trụ thân nặng , đổ bê tông tại chỗ f’c =30Mpa - Trụ được đựng trên móng cọc khoan nhồi : D = 150 cm - Phương án móng : Móng cọc đài cao . b - Cấu tạo mố cầu - Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ bê tông chế tạo f’c =30Mpa. - Mố của kết cấu nhịp dẫn được đặt trên móng cọc khoan nhồi D= 150 cm 1.2 – tính toán kết cấu nhịp 1.2.1– Yêu cầu tính toán cho phương án sơ bộ - Trong phương án sơ bộ yêu cầu tính toán KCN trong giai đoạn khai thác. - Tiết diện tại hai mặt cắt. + Mặt cắt gối (mặt cắt đỉnh trụ) + Mặt cắt giữa nhịp. - Tính toán một trụ , một mố: kiểm toán và tổ hợp chất tại mắt cắt đỉnh bệ móng, sơ bộ tính cọc. - Nhịp dẫn cho phép chọn thiết kế định hình. 1.2.2 – Xác định các kích thước cơ bản của cầu - Cần kiểm toán tại 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 như hình vẽ. - Chiều dài kết cấu nhịp: đối với kết cấu nhịp liên tục chiều dài nhịp biên Lnb= (0.6 á 0.7) chiều dài nhịp giữa Lng. +) Trong phương án này chọn Lng = 120m. +) Lấy : Lnb = 75 m - Xác định kích thước mặt cắt ngang: Dựa vào công thức kinh nghiệm ta chọn mặt cắt ngang như hình vẽ 1.2.3 – Tính đặc trưng hình học của mặt cắt dầm chủ. 1.2.3.1 – Phân chia đốt dầm - Để đơn giản trong quá trình thi công và phù hợp với các trang thiết bị hiện có của đơn vị thi công ta phân chia các đốt dầm như sau : +) Đốt trên đỉnh trụ : do = 14m (khi thi công sẽ tiến hành lắp đồng thời 2 xe đúc trên trụ) +) Đốt hợp long nhịp giữa : dhl = 2m +) Đốt hợp long nhịp biên : dhl = 2m +) Chiều dài đoạn đúc trên đà giáo : ddg = 14 m +) Số đốt ngắn trung gian : n = 4 đốt , chiều dài mỗi đốt : d = 3 m +) Số đốt trung gian còn lai : n = 10 đốt , chiều dài mỗi đốt d = 4 m - Sơ đồ phân chia đốt dầm 1.2.3.2 – Xác định phương trình thay đổi cao độ đáy dầm - Giả thiết đáy dầm thay đổi theo phương trình parabol , đỉnh đường parabol tại mặt cắt giữa nhịp. - Trục Ox đi qua hai gối cầu, trục Oy đi qua mặt cắt giữa nhịp - Phương trình có dạng ax2 + bx +c được xác định đi qua 3 điểm A(-58.5,0); B(58.5,0); C(0,) = C(0,3.7852) Trong đó: R:Bán kính cong đứng cầu R=6000m xA: toạ độ điểm A h0, hHL: chiều cao đốt đúc tại đỉnh tru và giữa nhịp Vậy phương trình có dạng: 1.2.3.3 – Xác định phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm - Tính toán tương tự ta có phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm như sau : 1.2.3.4 – Xác định cao độ mặt dầm chủ - Mặt dầm chủ được thiết kế với độ dốc dọc 4% , với bán kính cong R = 6000 m 1.2.3.5 – Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt tiết diện Để tính toán đặc trưng hình học ta có thể sử dụng công thức tổng quát như sau để tính: + Diện tích mặt cắt : F = 1/2 * ồ ( xi-xi+1) * (yi+yi+1). + Tọa độ trọng tâm mặt cắt : yc = 1/6 * F* ồ (xi-xi+1) * (yi2+yi.yi+1+yi+12). + Mômen tĩnh của mặt cắt đối với trục x : Sx = 1/6 * ồ (xi-xi+1) * (yi3+yi2.yi+1+yi.yi+12+yi+13). + Mômen quán tính đối với trục trung hòa : Jth = Jx - yc2 * F. Ta có bảng kết quả sau: Số liệu tính toán đặc trưng hình học mặt cắt thay đổi STT Các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị 1 Chiều rộng toàn bộ nắp hộp t 1300 cm 2 Chiều dày nắp hộp ht 30 cm 3 Chiều rộng phần hộp của bản nắp to 771.4 cm 4 Chiều rộng phần nắp hộp có chiều dày không đổi tt 300 cm 5 Chiều rộng phần bản cánh có chiều dày thay đổi tv 123.8 cm 6 Chiều dày bản nắp tại tiếp giáp với vút hng 50 cm 7 Chiều dày tại đầu mút của cánh hẫng bản nắp hc 25 cm 8 Bề dày bản bụng tại gối w 50 cm 9 Chiều rộng vút trên bv 50 cm 10 Chiều cao vút trên hv 30 cm 11 Chiều rộng vút dưới bvd 30 cm 12 Chiều cao vút dưới hvd 30 cm 13 Chiều cao tại mặt cắt gối H 600 cm 16 Chiều cao tại mặt cắt không đổi Ho 250 cm 17 Chiều dày bản đáy tại mặt cắt gối hgoi 80 cm 18 Chiều dày bản đáy tại mặt cắt giữa nhịp h1/2 30 cm 19 Chiều rộng bản đáy tại mặt cắt gối b 600 cm 20 Chiều dài phần dầm có chiều cao thay đổi L 5850 Cm 21 Số đốt m 14 đốt 22 Đường hình dạng của đáy dầm - Parabol 23 Mác bê tông dầm - 40 Mpa 24 Chiều dài đốt K0 (tính từ mặt cắt sát trụ) K0 550 Cm 25 Chiều dài đốt K1 K1 300 Cm 26 Chiều dài đốt K2 K2 300 Cm 27 Chiều dài đốt K3 K3 300 Cm 28 Chiều dài đốt K4 K4 300 Cm 29 Chiều dài đốt K5 K5 400 Cm 30 Chiều dài đốt K6 K6 400 Cm 31 Chiều dài đốt K7 K7 400 Cm 32 Chiều dài đốt K8 K8 400 Cm 33 Chiều dài đốt K9 K9 400 Cm 34 Chiều dài đốt K10 K10 400 Cm 35 Chiều dài đốt K11 K11 400 Cm 36 Chiều dài đốt K12 K12 400 Cm 37 Chiều dài đốt K13 K13 400 Cm 38 Chiều dài đốt K14 K14 400 Cm - Trên cơ sơ các phương trình đường cong đáy dầm và đường cong thay đổi chiều dày bản đáy lập được ở trên ta xác định được các kích thước cơ bản của từng mặt cắt dầm Bảng tính toán các kích thước cơ bản của mặt cắt dầm chủ Sau khi chạy chương trình ta sẽ có được các đặc trưng hình học của các mặt cắt phần dầm đúc hẫng như sau: số hiệu mc Chiều dài đốt li (cm) Chiều cao tiết diện H(m) Chiều dày bản đáy hb(m) Chiều rộng bản đáy b(m) Diện tích tính đổi fbt(m2) Vị trí trục trung hoà yo(m) jx m4 jy m4 0 0 6.000 0.800 6.000 15.10455 3.18443 83.50093 139.59420 1 550 5.373 0.710 6.179 14.07204 2.91473 62.13334 133.48240 2 300 5.057 0.665 6.269 13.54833 2.77648 52.78260 130.34530 3 300 4.759 0.623 6.355 13.05297 2.64459 44.80684 127.35430 4 300 4.480 0.583 6.434 12.58638 2.51914 38.03252 124.51550 5 300 4.219 0.546 6.509 12.14894 2.40028 32.30397 121.83480 6 400 3.900 0.500 6.600 11.61171 2.25237 26.05453 118.51750 7 400 3.614 0.459 6.682 11.12795 2.11699 21.13149 115.50760 8 400 3.360 0.423 6.754 10.69858 1.99478 17.29196 112.82080 9 400 3.139 0.391 6.817 10.32455 1.88642 14.33325 110.47320 10 400 2.951 0.364 6.871 10.00679 1.79268 12.08897 108.48140 11 400 2.796 0.342 6.916 9.746231 1.71434 10.42548 106.86240 12 400 2.673 0.325 6.951 9.543814 1.65213 9.23871 105.63370 13 400 2.583 0.312 6.976 9.400471 1.60667 8.45148 104.81350 14 400 2.526 0.304 6.993 9.317138 1.57842 8.01129 104.42020 15 400 2.501 0.300 7.000 9.29475 1.56760 7.88880 104.47280 1.2.4 – Tính tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II 1.2.4.1 – Tính tĩnh tải giai đoạn I - Từ đặc trưng hình học của mặt cắt dầm ta tính được trọng lượng các đốt dầm - Bảng tính toán trọng lượng các đốt dầm và tĩnh tải dải đều của từng đốt Tên MC x (m) Tên đốt L đốt  (m) h (cm) F (cm2) P đốt  (kN) DCtc (kN/m) DCTT (kN/m) 0 0 6.000 15.10455 1 5.5 Đốt Ko 14 5.373 14.58830 2005.89 364.71 455.88 2 8.5 Đốt 1 3 5.057 13.81019 1035.76 345.25 431.57 3 11.5 Đốt 2 3 4.759 13.30065 997.55 332.52 415.65 4 14.5 Đốt 3 3 4.480 12.81968 961.48 320.49 400.61 5 17.5 Đốt 4 3 4.219 12.36766 927.57 309.19 386.49 6 21.5 Đốt 5 4 3.900 11.88033 1188.03 297.01 371.26 7 25.5 Đốt 6 4 3.614 11.36983 1136.98 284.25 355.31 8 29.5 Đốt 7 4 3.360 10.91327 1091.33 272.83 341.04 9 33.5 Đốt 8 4 3.139 10.51157 1051.16 262.79 328.49 10 37.5 Đốt 9 4 2.951 10.16567 1016.57 254.14 317.68 11 41.5 Đốt 10 4 2.796 9.87651 987.65 246.91 308.64 12 45.5 Đốt 11 4 2.673 9.64502 964.50 241.13 301.41 13 49.5 Đốt 12 4 2.583 9.47214 947.21 236.80 296.00 14 53.5 Đốt 13 4 2.526 9.35880 935.88 233.97 292.46 15 57.5 Đốt 14 4 2.501 9.30594 930.59 232.65 290.81 16 59.5 Đốt HL 2 2.500 9.29475 464.74 232.37 290.46 - Tính tĩnh tải giai đoạn I (Tĩnh tải giai đoạn I được tính toán với giá trị trung bình) +) Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn : DCTCI = 279.19 kN/m +) Tĩnh tải giai đoạn I tính toán : DCTTI = 1.25 x 279.19 = 348.98 kN/m 1.2.4.2 – Tính tĩnh tải giai đoạn II a.- Tính tĩnh tải giai đoạn II - Tĩnh tải giai đoạn II gồm có các bộ phận sau : +) Trọng lượng phần chân lan can +) Trọng lượng lan can tay vịn +) Trọng lượng lớp phủ mặt cầu +) Trọng lượng phần lề Người đi bộ DWIITC = 2. (DWgc+ DWclc+ DWlc+tv+ DWng ) - Tính trọng lượng lớp phủ mặt cầu Tên gọi các đại lượng Chiều dày h DWtc Đơn vị Lớp bê tông Atphan 5 1.15 kN/m2 Lớp bê tông bảo vệ 3 0.69 kN/m2 Lớp chống thấm 3 0.69 kN/m2 Lớp bê tông mui luyện dày 1.03 0.24 kN/m2 Chiều dày lớp phủ mặt cầu hmc 12.030 cm Trọng lượng lớp phủ mặt cầu DWmcTC 2.77 kN/m2 Trọng lượng dải đều của lớp phủ (tính cho nửa cầu) pmc 11.07 kN/m - Tính trọng lượng của lan can + tay vịn + lề Người đi bộ Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị 1- Tính trọng lượng chân lan can Chiều rộng chân lan can blcn 50 cm Chiều cao chân lan can hlcn 30 cm Trọng lượng dải đều phần chân lan can DWlc 3.75 kN/m 2- Tính trọng lượng cột lan can và tay vịn Trọng lượng 1 cột lan can Pclc 0.276 kN Khoảng cách bố trí cột lan can aclc 2 m Trọng lượng dải đều của cột lan can Pclc 0.138 kN/m Trọng lượng dải đều phần tay vịn Ptv 0.7 kN/m Trọng lượng dải đều lan can và tay vịn Plv 0.838 kN/m 3 - Tính trọng lượng lề người đi bộ Bề rộng lề người đi bộ ble 200 cm Chiều dày trung bình lề người đi bộ hle 10 cm Trọng lượng lề người đi bộ DWNG 4.6 kN/m b.- Tổng hợp tĩnh tãi giai đoạn II +) Tính tải giai đoạn II tiêu chuẩn DWIITC = 2. ( DWclc+ DWlc+tv+ DWng ) = 2. ( 3.75 + 0.838 + 11.07+4.6) = 40.51 (kN/m) +) Tĩnh tải giai đoạn II tính toán DWIItt = g . DWIITC = 1.5x 40.51 = 60.77 (kN/m) 1.2.5 – Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công. 1.2.5.1 – Tính nội lực mặt cắt . - Các giai đoạn thi công bao gồm : Sơ đồ 1 – Giai đoạn đúc hẫng đối xứng . - Sơ đồ : - Tải trọng : +) Trọng lượng bản thân các đốt dầm (tĩnh tải GĐ I ) , DCTC = 279.19 kN/m +) Tải trọng thi công tiêu chuẩn : qTc = 0.24 x13 = 3.12 kN/m. +) Trọng lượng 1 xe đúc : PXD = 600kN. - Sử dụng chương trình MiDas 6.3.0 để tính toán và phân tích nội lực ta có : giá trị mômen mặt cắt đỉnh trụ lớn nhất trong giai đoạn đúc hẫng : Mdhmax -489711.86kN.m MTC(kN.m) MTT(kN.m) -489711.86 -613497.41 Sơ đồ 2 – Giai đoạn hợp long nhịp biên - Sơ đồ : - Tải trọng : +) Trọng lượng bản thân các đốt dầm (tĩnh tải GĐ I ) , DCTC = 279.19 kN/m +) Trọng lưọng bản thân đoạn đổ trên Đà giáo +) Tải trọng thi công tiêu chuẩn : qTC = 0.24 . 13 = 3.12 kN/m. +) Trọng lượng đốt hợp long : PHL = 464.74kN/m +) Tải trọng dỡ xe đúc tại đốt Hợp long 1 : PXD = 600kN. - Sử dụng chương trình MiDas6.3.0 để tính toán và phân tích nội lực ta có : giá trị mômen mặt cắt đỉnh trụ lớn nhất trong giai đoạn hợp long nhịp biên : Mhlmax -454911.84kN.m MTC(kN.m) MTT(kN.m) -454911.84 -569997.39 Sơ đồ 3 – Giai đoạn hợp long xong giữa nhịp. - Sơ đồ : - Tải trọng : +) Trọng lượng bản thân các đốt dầm (tĩnh tải GĐ I ) , DCTC = 279.19 kN/m +) Tải trọng thi công tiêu chuẩn : qTC = 0.24 . 13 = 3.12 kN/m. +) Trọng lượng 1/2 đốt hợp long : PHL = 464.74/ 2 kN = 232.37 kN/m +) Trọng lượng 1/2 xe đúc : 1/2 PXD = 300kN. - Sử dụng chương trình MiDas6.3.0 để tính toán và phân tích nội lực ta có : giá trị mômen mặt cắt đỉnh trụ lớn nhất trong giai đoạn hợp long nhịp giữa : Mhlmax = -486021.66kN.m MTC(kN.m) MTT(kN.m) -486021.66 -608884.67 1.2.5.2 – Tổng hợp nội lực mặt cắt - Nội lực trong dầm chủ giai đoạn thi công được lấy với giá trị lớn nhất trong các giai đoạn thi công ứng với sơ đồ chịu lực tương ứng . - Nội lực mặt cắt giai đoạn đúc hẫng : Mdhmax = -489711.86kN.m - Nội lực mặt cắt giai đoạn hợp long : Mhlmax = -486021.66 kN.m => Giá trị nội lực lớn nhất trong giai đoạn thi công : MTC(kN.m) MTT(kN.m) -489711.86 -613497.41 1.2.6– Tính toán nội lực mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn khai thác 1.2.6.1 – Nguyên tắc tính nội lực dầm chủ giai đoạn khai thác. Giai đoạn khai thác là giai đoạn kết cấu cầu đã hình thành hoàn chỉnh , đó là sơ đồ kết cấu liên tục kê trên các gối cứng . - Nội lực dầm chủ trong giai đoạn khai thác được lấy theo nguyên lý cộng tác dụng giá trị nội lực của dầm chủ trong 3 sơ đồ 4-5-6 Sơ đồ 4 – Sơ đồ dỡ tải trọng thi công ,xe đúc,dỡ ván khuôn treo đốt hợp long và tĩnh tải đốt hợp long Sơ đồ : - Tải trọng : +) Hiệu ứng dỡ tải trọng thi công : qTC =1. 0.24 . 13 = 3.12 kN /m. +) Hiệu ứng dỡ xe đúc : PXD = 600kN. - Sử dụng chương trình Midas 6.3.0 để vẽ đường ảnh hưởng và xếp tải ta có : giá trị mômen mặt cắt đỉnh trụ lớn nhất trong giai đoạn dỡ tải : Mdxmax = 14124.38kN.m MTC(kN.m) MTT(kN.m) 14124.38 18760.78 Momen tại mặt cắt giữa nhịp khi dỡ tải: Mmax-9483.02kN.m MTC(kN.m) MTT(kN.m) -9483.02 -12151.48 Sơ đồ 5 – Sơ đồ cầu chịu tĩnh tải giai đoạn II Sơ đồ : - Tải trọng : +) Trọng lượng lớp phủ mặt cầu ( tĩnh tải giai đoạn II ) , DWTC=40.51 kN/m - Sử dụng chương trình Midas 6.3.0 để vẽ đường ảnh hưởng và xếp tải ta có : giá trị mômen mặt cắt đỉnh trụ lớn nhất trong giai đoạn chịu tĩnh tải phần 2 : Mdwmax -57626.43kN.m MTC(kN.m) MTT(kN.m) -57626.43 -86439.64 Tại mc giữa nhịp Mdwmax=15578.23kN.m MTC(kN.m) MTT(kN.m) 15578.23 23367.35 Sơ đồ 6 – Sơ đồ cầu chịu hoạt tải Sơ đồ : - Tải trọng : +) Hoạt tải thiết kế : HL 93 và tải trọng Người (3kN/m2). +) Nội lực do hoạt tải mặt cắt đỉnh trụ được lấy giá trị lớn nhất trong tổ hợp : 1 – Tổ hợp 1 : Xe tải + Làn + Người 2 – Tổ hợp 2 : Xe 2 trục + Làn + Người 1 - Vẽ ĐAH mômen mặt cắt đỉnh trụ Sử dụng chương trình Midas 6.3.0 vẽ ĐAH mômen tại mặt cắt đỉnh trụ như sau : DAH tại MC giữa nhịp: 2 - Tính giá trị mômen do hoạt tải - Đối với tải trọng làn và tải trọng Người thì ta xếp tải trọng lên phần ĐAH âm khi đó nội lực do tải trọng được tính theo công thức : MTT = gi . q. - +) Tải trọng làn dải đều : qlan = 9.3 (KN/m) +) Tải trọng Người : qNG = 6 (KN/m) +) Nội lực do tải trọng Người : Mặt cắt đỉnh trụ: MTC(kN.m) MTT(kN.m) -19465.88 -34065.29 Mặt cắt giữa nhịp : MTC(kN.m) MTT(kN.m) 7241.11 12671.94 - Tính nội lực do xe tải thiết kế+ tải trọng làn +Mặt cắt đỉnh trụ: MTC(kN.m) MTT(kN.m) -43988.02 -76979.04 +Mặt cắt giữa nhịp: MTC(kN.m) MTT(kN.m) 21445.35 37529.36 -Tính nội lực do xe 2 trục thiết kế+ tải trọng làn +Mặt cắt đỉnh trụ: MTC(kN.m) MTT(kN.m) -39843.00 -69725.25 +Mặt cắt giữa nhịp: MTC(kN.m) MTT(kN.m) 18790.62 32883.59 Ta thấy tổ hợp tải trọng: Xe tải+ tải trọng làn +Người bất lợi hơn Ta có bảng tổng hợp nội lực do Hoạt tải: Mặt Cắt MTC(kN.m) MTT(kN.m) Đỉnh trụ -63453.90 -111044.32 Giữa nhịp 28686.46 50201.31 1.2.6.2 – Tính tổng nội lực mặt cắt giai đoạn làm việc của kết cấu nhịp Mặt cắt Giai đoạn thi công Giai đoạn khai thác Tiêuchuẩn (kN.m) Tính toán (kN.m) Tiêuchuẩn (kN.m) Tính toán (kN.m) Đỉnh trụ -486021.66 -608884.67 -106955.95 -178723.18 Giữa nhịp 0 0 34781.68 61417.18 Kết luận : Nội lực tính toán mặt cắt đỉnh trụ là: M= Mtc + Mkt=-608884.67 – 178723.18 = -787607.85 kN.m Nội lực tính toán mặt cắt giữa nhịp là: M= Mtc + Mkt= 0 + 61417.18 = 61417.18 kN.m 1.2.6.3– Tính toán và bố trí cốt thép a.Quy đổi mặt cắt: Quy đổi mặt cắt hộp dầm về mặt cắt chữ I nhằm mục đích xây dựng các công thức tính duyệt thuận lợi. Nguyên tắc quy đổi là đổi từ tiết diện hình hộp, hình phức tạp sang tiết diện chữ I có chiều cao, chiều dày sườn và diên tích làm việc không đổi. Diện tích tham gia làm việc của hộp dầm bao gồm toàn bộ các bộ phận nằm trong phạm vi hộp và một phần của hai cánh hẫng. Phần diện tích cánh hẫng tham gia làm việc có chiều dài 6hc’ tính từ điểm cắt của đường kéo thẳng theo mặt ngoài thành hộp với nắp hộp. hc’ là chiều dày trung bình của cánh hẫng - Chiều dày bản nắp quy đổi: -Chiều rộng bản nắp quy đổi: - Chiều dày bản đáy quy đổi: Trong đó: , t- chiều dài cánh hẫng nắp hộp Nếu thì t1 = 0 và Fvt , Fvd – diện tích các vút trên và vút dưới Bảng tính kích thước mặt cắt quy đổi Mc Chiều cao H(cm) Bề rộng cánh hữu hiệu bc(cm) Chiều dày cánhh’t(cm) Chiều rộng cánh dưới bd(cm) Chiều dày cánh dưới h’d(cm) Bề rộng sườn w(cm) 0-0 (đỉnh trụ) 600.00 1221.40 39.29 600.00 83.02 100.00 1-1 537.28 1221.40 39.29 617.92 73.66 100.00 2-2 505.68 1221.40 39.29 626.95 68.97 100.00 3-3 475.92 1221.40 39.29 635.45 64.56 100.00 4-4 448.00 1221.40 39.29 643.43 60.44 100.00 5-5 421.92 1221.40 39.29 650.88 56.60 100.00 6-6 390.01 1221.40 39.29 660.00 51.91 100.00 7-7 361.37 1221.40 39.29 668.18 47.71 100.00 8-8 336.01 1221.40 39.29 675.43 44.00 100.00 9-9 313.92 1221.40 39.29 681.74 40.77 100.00 10-10 295.10 1221.40 39.29 687.11 38.03 100.00 11-11 279.56 1221.40 39.29 691.56 35.77 100.00 12-12 267.28 1221.40 39.29 695.06 33.98 100.00 13-13 258.28 1221.40 39.29 697.63 32.67 100.00 14-14 252.56 1221.40 39.29 699.27 31.84 100.00 15-15 250.10 1221.40 39.29 699.97 31.48 100.00 16-16 (Giữa nhịp) 250.00 1221.40 39.29 700.00 31.47 100.00 b.– Các công thức tính toán và bố trí cốt thép. 1 - Xác định vị trí TTH của mặt cắt - Mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công : - Giả thiết TTH đi qua mép dưới bản cánh khi đó ta có : a = hf - Lấy tổng mômen với trong tâm cốt thép DƯL ta có : +) Nếu MTTmax Thì TTH đi qua bản cánh khi đó ta tính toán theo các công thức của mc chữ nhật +) Nếu MTTmax > MC => Thì TTH đi qua sườn dầm khi đó ta tính toán theo các công thức của mc chữ T. - Sau khi xác định được vị trí TTH thì ta giải hệ phương trình bậc 2 để tìm được chiều cao vùng chịu nén tương đương a - Xác định chiều cao vùng chịu nén c theo công thức : c = a/b1 2 - Tính diện tích cốt thép DƯL cần thiết - Trường hợp TTH đi qua sườn dầm - Trường hợp TTH đi cánh dầm Trong đó : +) Aps : Diện tích cốt thép DUL +) dp : Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL +) f’c : Cường độ của bê tông ở tuổi 28 ngày, f’c = 40 Mpa +) b : Bề rộng mặt cắt chịu nén +) bw : Bề dày bản bụng +) hf : Chiều dày cánh chịu nén +) b1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất +) fpu : Cường độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa. +) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 90%fpu = 1674 MPa. (bó 19 tao) +) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết là thép DUL đã bị chảy dẻo. +) a = c.b1: Chiều dày của khối ứng suất tương đương +) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh định tính theo công thức 5.7.3.1.1-1. Với - Hàm lượng thép DƯL và thép thường phải được giới hạn sao cho : c.– Bảng tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Tổng giá trị mô men tại mặt cắt đỉnh trụ Mtt 787607.85 KN.m Chiều cao mặt cắt h 600 cm Chiều cao bố trí cốt thép DƯL atp 20 cm Chiều cao có hiệu mặt cắt dp 580 cm Bề rộng bản cánh chịu nén b 600 cm Chiều dày bản cánh chịu nén hf 83.02 cm Bề dày bản bụng bw 100 cm Cốt thép thường chịu kéo Đường kính cốt thép d 2.8 cm Diện tích 1 thanh as 6.16 cm2 Chiều cao bố trí cốt thép thường chịu kéo ats 20 cm Khoảng cách đến mép chịu nén ngoài cùng ds 580 cm Khoảng cách bố trí @ 15 cm Số thanh thép trên 1 lưới N thanh 80 thanh Số lưới thép chịu kéo bố trí n luoi 3 lưới Tổng diện tích thép thường chịu kéo As 1479.53 cm2 Cốt thép thường chịu nén Đường kính cốt thép d 2.0 cm Diện tích 1 thanh as' 3.14 cm2 Chiều cao bố trí cốt thép thường chịu nén ats' 41.51 cm Khoảng cách đến mép chịu nén ngoài cùng ds' 41.51 cm Khoảng cách bố trí @ 15 cm Số thanh thép trên 1ưới n thanh 39 thanh Số lưới thép chịu nén bố trí n luoi 2 lưới Tổng diện tích thép thường chịu nén As' 242.95 cm2 Xác định vị trí trục trung hoà Mô men quán tính bản cánh Mc 755079.67 KN.m Vị trí trục trung hoà TTH Qua sườn Tính toán cốt thép DƯL Chiều dày khối ƯS tương đương a 225.53 cm Chiều cao vùng chịu nén c 295.08 cm ứng suất trung bình trong thép DƯL fps 159.10 KN/cm2 Diện tích cốt thép DƯL cần thiết Aps 719.92 cm2 Số bó thép DƯL cần thiết n cần 27.06 bó Số bó chọn bố trí nbt 30 bó Diện tích cốt thép DƯL bố trí Aps 798 cm2 Kết luận : - Bố trí cốt thép DƯL mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn thi công +) Số bó thép DƯL bố trí là : n = 30 bó ( 19 tao 15,2mm) +) Diện tích cốt thép bố trí : APS = 30 x16.8 = 504 cm2 1.2.6.4 – Tính duyệt mặt cắt đỉnh trụ. a-Xác định vị trí TTH của mặt cắt - Giả thiết TTH đi qua mép dưới bản cánh khi đó mặt cắt làm việc giống như mặt cắt chữ nhật . - Cân bằng phương trình lực theo phương ngang ta có : N1 = b1.0,85.fc’.b.hf + AS’.fy = APS.fPS + AS.fY = N2 +) Nếu N1 > N2 : thì TTH đi qua bản cánh => tính toán theo công thức của mặt cắt chữ nhật +) Nếu N1 tính toán theo công thức của mặt cắt chữ T. - Ta có : N1 = 129440.77 (kN) N2 = 126959.19 (kN) => N1 > N2 => TTH đi qua bản cánh b - Các công thức tính duyệt mặt cắt - Công thức tính chiều cao vùng chịu nén (tính theo công thức của mặt cắt chữ nhật) - Công thức tính mômen kháng uốn danh định của mặt cắt (tính theo công thức của mặt cắt chữ nhật) - Công thức tính sức kháng uốn tính toán của mặt cắt Mr = j .Mn Trong đó : +) j : Hệ số sức kháng , lấy j = 1 +) Aps : Diện tích cốt thép DUL +) dp : Khoảng cách từ thớ ngoài cùng chịu nén đến trọng tâm cốt thép DUL +) f’c : Cường độ của bê tông ở tuổi 28 ngày, f’c = 40 MPa. +) b : Bề rộng mặt cắt chịu nén +) bw : Bề dày bản bụng +) hf : Chiều dày cánh chịu nén +) b1 : Hệ số chuyển đổi hình khối ứng suất, b1 +) fpu : Cường độ chịu kéo quy định của thép DUL, fpu = 1860 MPa. +) fpy : Giới hạn chảy của thép DUL, fpy = 90%fpu = 1674 MPa. +) c : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà với giả thiết là thép DUL đã bị chảy dẻo. +) a = c.b1: Chiều dày của khối ứng suất tương đương +) fps : ứng suất trung bình trong cốt thép DUL ở sức kháng uốn danh định tính theo công thức 5.7.3.1.1-1. Với +) Hàm lượng thép DƯL và thép thường phải được giới hạn sao cho : Bảng tính duyệt mặt cắt đỉnh trụ giai đoạn sử dụng Tên Gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Diện tích cốt thép DƯL bố trí Aps 798 cm2 Chiều cao bố trí cốt thép at 20 cm Chiều cao có hiệu của mặt cắt dp 580 cm Lực nén trong bản cánh dầm N1 129440.77 kN Lực kéo trong thép DƯL và thép thường N2 126959.19 kN Vị trí trục trung hoà TTH Qua cánh Chiều cao vùng chịu nén c 122.78 cm Chiều cao khối ứng suất tương đương a 93.84 cm Tỉ số c/dp c/dp 0.212 <0,42 ứng suất trung bình trong thép DƯL fps 174.81 kN /cm2 Sức kháng uốn danh định của mặt cắt Mn 1078538.49 KN.m Hệ số sức kháng j 1 Sức kháng uốn tính toán Mr 1078538.49 > Mtt Tỉ số Mr/Mtt Mr/Mtt 1.369 Kết luận : Mr = 1078538.49 (kN.m) > MTT= 787607.85 (kN.m) => Đạt =>Vậy việc bố trí cốt thép DƯL đảm bảo khả năng chịu lực cho mặt cắt 1.2.7 – Tính toán và bố trí cốt thép mặt cắt giữa nhịp giai đoạn khai thác 1.2.7.1 – Nguyên tắc tính nội lực dầm chủ giai đoạn khai thác. Giai đoạn khai thác là giai đoạn kết cấu cầu đã hình thành hoàn chỉnh , đó là sơ đồ kết cấu liên tục kê trên các gối cứng . Nội lực dầm chủ trong giai đoạn khai thác được lấy theo nguyên lý cộng tác dụng giá trị nội lực của dầm chủ trong 3 sơ đồ 4-5-6 1.2.7.2 –Tổng hợp nội lực mặt cắt giữa nhịp giai đoạn khai thác Theo bảng tổng hợp nội lực tại mặt cắt giữa nhịp ở trên ta có: => Mttmax=61417.18 (kN.m) 1.2.7.3 – Tính toán và bố trí cốt thép . a - Tính diện tích cốt thép DƯL cần thiết Mặt cắt tính đổi: - Trường hợp TTH đi qua sườn dầm - Trường hợp TTH đi cánh dầm Bảng tính toán diện tích cốt thép DƯL cần thiết tại mặt cắt giữa nhịp Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Tổng giá trị mô men tại mặt cắt giữa nhịp Mtt 61417.18 KN.m Chiều cao mặt cắt h 250 cm Chiều cao bố trí cốt thép DƯL atp 30 cm Chiều cao có hiệu mặt cắt dp 220 cm Bề rộng bản cánh chịu nén b 1221.4 cm Chiều dày bản cánh chịu nén hf 39.23 cm Bề dày bản bụng bw 100 cm Cốt thép thường chịu kéo Đường kính cốt thép d 2.0 cm Diện tích 1 thanh as 3.14 cm2 Chiều cao bố trí cốt thép thường chịu kéo ats 15 cm Khoảng cách đến mép chịu nén ngoài cùng ds 235 cm Khoảng cách bố trí @ 20 cm Số thanh thép trên 1 lưới N thanh 34 thanh Số lưới thép chịu kéo bố trí n luoi 2 lưới Tổng diện tích thép thường chịu kéo As 213.629 cm2 Cốt thép thường chịu nén Đường kính cốt thép d 2.0 cm Diện tích 1 thanh as' 3.14 cm2 Chiều cao bố trí cốt thép thường chịu nén ats' 19.62 cm Khoảng cách đến mép chịu nén ngoài cùng ds' 19.62 cm Khoảng cách bố trí @ 20 cm Số thanh thép trên 1ưới n thanh 60 thanh Số lưới thép chịu nén bố trí n luoi 2 lưới Tổng diện tích thép thường chịu nén As' 377.43 cm2 Xác định vị trí trục trung hoà Mô men quán tính bản cánh Mc 302324.60 KN.m Vị trí trục trung hoà TTH Qua cánh Tính toán cốt thép DƯL Chiều dày khối ƯS tương đương a 4.06 cm Chiều cao vùng chịu nén c 5.309 cm ứng suất trung bình trong thép DƯL fps 184.81 KN/cm2 Diện tích cốt thép DƯL cần thiết Aps 106.92 cm2 Số bó thép DƯL cần thiết n cần 4.02 bó Số bó chọn bố trí nbt 8 bó Diện tích cốt thép DƯL bố trí Aps 212.8 cm2 Kết luận : - Bố trí cốt thép DƯL mặt cắt giữa nhịp giai đoạn khai thác +) Số bó thép DƯL bố trí là : n = 6 bó ( 12 tao 15.2mm) +) Diện tích cốt thép bố trí : APS = 6 x 16.8 = 100.8 cm2 1.2.7.4 - Tính duyệt mặt cắt giữa nhịp giai đoạn sử dụng theo trạng thái giới hạn cường độ 1 a) Xác định vị trí TTH của mặt cắt - Giả thiết TTH đi qua mép dưới bản cánh khi đó mặt cắt làm việc giống như mặt cắt chữ nhật . - Cân bằng phương trình lực theo phương ngang ta có : N1 = b1.0,85.fc’.b.hf APS.fPS = N2 +) Nếu N1 > N2 : thì TTH đi qua bản cánh => tính toán theo công thức của mặt cắt chữ nhật +) Nếu N1 tính toán theo công thức của mặt cắt chữ T. - Ta có : N1 = 124512.60 (KN) N2 = 39326.57 (KN) => N1 > N2 => TTH đi qua bản cánh b) Các công thức tính duyệt mặt cắt - Công thức tính chiều cao vùng chịu nén (tính theo công thức của mặt cắt chữ nhật) - Công thức tính mômen kháng uốn danh định của mặt cắt (tính theo công thức của mặt cắt chữ nhật) - Công thức tính sức kháng uốn tính toán của mặt cắt Mr = j .Mn - Bảng tính duyệt mặt cắt giữa nhịp giai đoạn sử dụng T Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Diện tích cốt thép DƯL bố trí Aps 212.8 cm2 Chiều cao bố trí cốt thép at 15 cm Chiều cao có hiệu của mặt cắt dp 235 cm Lực nén trong bản cánh dầm N1 124512.60 kN Lực kéo trong thép DƯL và thép thường N2 39326.57 kN Vị trí trục trung hoà TTH Qua cánh Chiều cao vùng chịu nén c 10.15 cm Chiều cao khối ứng suất tương đương a 7.76 cm Tỉ số c/dp c/dp 0.043 <0,42 ứng suất trung bình trong thép DƯL fps 183.72 kN /cm2 Sức kháng uốn danh định của mặt cắt Mn 108598.95 kN.m Hệ số sức kháng j 1 Sức kháng uốn tính toán Mr 108598.95 > Mtt Tỉ số Mr/Mtt Mr/Mtt 1.69 >1.33 Kết luận : Mr = 108598.95 (KN.m) > MTT= 61417.18 (KN.m) => Đạt =>Vậy việc bố trí cốt thép DƯL đảm bảo khả năng chịu lực cho mặt cắt 1.3. – tính toán thiết kế trụ cầu 1.3.1 – Tính áp lực thẳng đứng tác dụng lên bệ cọc 1.3.1.1 – Tính áp lực thẳng đứng do trọng lượng bản thân trụ Ta thấy Trụ P3 có chiều cao lớn hơn vì vậy ta đi tính toán cho Trụ P3 - Bảng tính toán trọng lượng trụ và bệ trụ Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị a) Kích thước cơ bản trụ Chiều cao trụ Htr 18 m Chiều dày thân trụ dtr 3 m Bề rộng thân trụ Btr 8 m Trọng lượng thân trụ Pttr 9435.18 kN b) Kích thước bệ trụ Chiều cao bệ trụ Hbt 3 m Bề rộng bệ trụ Bbt 18.5 m Chiều dày bệ trụ dbt 10.5 m Trọng lượng bệ trụ Pbt 14393.75 kN Tổng trọng lượng trụ Ptr 23828.93 kN 1.3.1.2. tính toán áp lực thuỹ tĩnh (WA) a.- Đối với mặt cắt đỉnh móng: 1.Tính với MNTN: WATN= A ´h´ g = (6´3+p´22/4)x7.77´10=1642.70kN. 2. Tính với MNCN: WACN=(6´3+p´22/4)x12.67´10=2678.64 kN b. - Đối với mặt cắt đáy móng: 1. Tính với MNTN: WATN= F ´ h´ g = 10x((6´3+p´22/4)´7.77+10.5´18.5´3 -1/2´0.5´ (10.5´18-9.5´17)) =7400.20 kN 2. Tính với MNCN: WACN=1x((6´3+p´22/4)´12.67+10.5´18´3 -1/2´0.5´ (10.5´18-9.5´17)) = 8436.14 kN 1.3.1.3 - Tính phản lực của kết cấu nhịp và hoạt tải truyền lên Trụ Cầu a. - Tính phản lực do tĩnh tải kết cấu nhịp: Tĩnh tải kết cấu nhịp tác dụng lên trụ có thể chia riêng thành các tải trọng như sau: Để tính được tĩnh tải kết cấu nhịp tác dụng lên trụ ta tiến hành vẽ đường ảnh hưởng phản lực gối, sau đó xếp tải tương đương. Sử dụng chương trình Midas để tính và vẽ đường ảnh hưởng phản lực gối . Từ đó chất tải lên đường ảnh hưởng ta sẽ có kết quả tính như sau: 1.Tĩnh tải nhịp phần 1(DC) +Do tĩnh tải bản thân: PtcDC = 33063.24 (kN 2.Tĩnh tải nhịp phần 2 (DW) Sử dụng chương trình Midas để tính và vẽ đường ảnh hưởng phản lực gối trụ P4. Tiến hành đặt tải lên đường ảnh hưởng phản lực gối để xác định phản lực gối do tĩnh tải phần 2 (DW) gây ra: +Do tĩnh tảI phần II: PttDW =4714.27 (kN) b. - Tính phản lực do hoạt tải: Khi tính phản lực tác dụng lên gối trụ thì ta tính như sau : +) Sử dụng 2 xe tải thiết kế đặt cách nhau 15 m ( khoảng cách trục sau lấy bằng 4,3 m ) +) Hiệu ứng của hoạt tải thiết kế được lấy bằng 90% giá trị phản lực tính được cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn + hiệu ứng của tải trọng Người 1.Khi xếp 2 làn xe: Tính phản lực do tải trọng làn + Xe tải thiết kế khi xếp 2 làn PLanTC = 3476.74 (kN) +) Hiệu ứng của hoạt tải thiết kế được lấy bằng 90% giá trị phản lực tính được cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn Tính phản lực tiêu chuẩn do xe tải+ làn khi xếp 2 làn PTTXT = 0.9x 3476.74 = 3129.07(kN) 2.Khi xếp 1 làn xe: Hệ số làn m=1.2 Lực xung kích IM = 25% - Tính phản lực do tải trọng làn+ Xe tải thiết kế khi xếp 1 làn PLanTC = 1738.37 (kN) +) Hiệu ứng của hoạt tải thiết kế được lấy bằng 90% giá trị phản lực do xe tải thiết kế được cộng với hiệu ứng của 90% tải trọng làn Tính phản lực tiêu chuẩn do tải hoạt tải khi xếp 1 làn PTTXT = 1.2x0.9x 1738.37=1877.44 (kN) Độ lệch tâm so với tim cầu: e=6.5-0.5-2-0.2-0.6 -1.8/2= 2.3m Tải trọng người (PL) Xếp tải trọng người (tải trọng rải đều 2x3kN/m2) lên phần đường ảnh hưởng dương để có phản lực gối nguy hiểm nhất. 1. Xếp trên 2 làn PPL = 2´qPL´A+ Trong đó: qPL - tải trọng rải đều người , qPL = 2´3 =6.0KN/m Tính phản lực do tải trọng Người khi người đi trên cả hai lề: PNGTC = 1492.33 kN 2.Xếp trên 1 làn PPL = qPL´A+ Trong đó: qPL - tải trọng rải đều người , qPL = 2´3 = 6.0kN/m A+ - diện tích phần đường ảnh hưởng phản lực gối dương PNGTC = 746.165 kN Độ lệch tâm so với tim cầu e= 6.5-0.5-2.0/2=5.0m - Tính tổng phản lực do hoạt tải thiết kế xếp tải 2 làn PttHT = = 3129.07+1492.33= 4621.40 (kN) - Tính tổng phản lực do hoạt tải thiết kế xếp tải 1 làn PttHT = 1877.44+746.165=2623.61 kN 3 - Tổng phản lực do KCN truyền lên trụ PKCN = PTinh + PHoat = 33063.24+4714.27 + 4621.40 = 42398.91 kN Bảng tổng hợp nội lực tính toán tại mặt cắt đáy bệ Tải trọng P (KN) Hệ số tải trọng Pu (kN) Trọng lượng trụ + bệ(DC) 23828.93 1.25 29786.16 Trọng lượng bản thân của KCN(DC) 33063.24 1.25 41329.05 Trọng lượng lớp phủ (DW) 4714.27 1.5 7071.41 Lực đẩy nổi (DC) =Ntrụ+bệ ngập nước -7400.20 0.9 -6660.18 Hoạt tải(LL+IM) 3129.07 đã xét 3129.07 Tải trọng người đi bộ (PL) 1492.33 1.75 2611.58 ứng lực tính toán (Pu)(kN) 77267.09 1.3.2 – Tính và bố trí cọc trong móng - Móng bệ cọc được thiết kế với móng cọc khoan nhồi D = 150cm 1.3.2.1 -Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Bê tông chế tạo cọc f’c 30 Mpa Đường kính cọc thiết kế D 1.5 m Đường kính cốt thép d 28 mm Số thanh thép thiết kế nthanh 24 Thanh Diện tích phần bê tông Ac 1.767 m2 Diện tích phần cốt thép As 0.015 m2 Hệ số uốn dọc j 0.9 Cường độ chịu kéo của thép fy 420 Mpa Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 18738.57 kN 1.3.2.2- Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền: Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền: Bảng số liệu địa chất: STT Loại đất H (m) e B g (T/m3) C  KG/cm2 s KG/cm2 j (độ) R'  KG/cm2 Lớp 1 Sét dẻo cứng 5.61 0.7 0.4 1.8 0.14 2.6 22 1.2 Lớp 2 Sét 5.00 0.5 0.2 1.8 0.12 2.2 25 1.2 Lớp 3 Cát hạt vừa Vô hạn 1.7 0.06 1.8 38 2.5 Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền Loại đất D m Li m As m2 N Su kN/m2 a qskN/m2 QskN jqs Sức kháng thân cọc Sét dẻo cứng 1.5 0 0.00 10 62.5 0.55 34.4 0.0 0.65 Sét 1.5 4.73 22.29 15 68.0 0.55 37.4 833.1 0.65 Cát hạt vừa 1.5 25.27 119.08 50 201.3 0.5 100.7 11987.0 0.45 Sức kháng thành cọc Qthan 5935.65 kN Sức kháng mũi cọc Loại đất D m Ap m2 N qp kN/m2 Qp kN jqp Cát hạt thô 1.5 1.767 50 3200 5654.9 0.65 Sức kháng mũi cọc Qmui 3675.7 kN Q cọc theo đất nền Qr 9611.3 kN Q cọc theo vật liệu Qvl 18739.0 kN Qi tính toán của cọc Qcoc 9611.3 kN Chiều dài cọc Lcoc 30 m 1.3.2.3 Tính toán số cọc trong móng: Số cọc trong móng được tính theo công thức sau: Trong đó : +) b : Hệ số xét đến loại móng và độ lớn của mô men, móng cọc đài thấp: b = 1,5 +) Qcoc : Sức chịu tải tính toán của cọc: Qcoc =9611.3 kN +) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 77267.09kN ị Số cọc bố trí trong móng là n = 15 cọc. Bố trí thành 3 hàng, mỗi hàng 5 cọc. Chiều dài cọc bố trí là 30m. 1.4 – Tính toán thiết kế mố cầu 1.4.1 – Kích thước thiết kế mố Mố sử dụng là mố chữ U BTCT. Toàn cầu có 2 mố A0, A1. Phương án cầu bố trí đối xứng do đó sự làm việc của hai mố là như nhau ở đây ta tính mố đại diện là mố A0 Quy trình tính toán: Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272 - 05. Vật liêu sử dụng: Bêtông có f’c= 30Mpa, Tải trọng tác dụng lên mố gồm: + Trọng lượng bản thân mố + Tĩnh tải kết cấu nhịp + Tải trọng lớp phủ mặt cầu và các tiện ích công cộng + Hoạt tải trên kết cấu nhịp + Hoạt tải trên lăng thể trượt Tên gọi các kích thước Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều cao mố hmo 600 cm Chiều rộng mố bmo 1300 cm Loại gối Gối Cao su Hệ số ma sát gối với bê tông f 0.5 Chiều cao tường đỉnh htd 223 cm Bề dầy tường đỉnh dtd 50.0 cm Chiều cao tường thân htt 377 cm Bề dầy tường thân dtt 210 cm Chiều dài tường cánh ltc 577.5 cm Chiều cao đuôi tường cánh h1c 180 cm Chiều dài tiết diện chân tường cánh lcc 227.5 cm Bề dầy cánh dtc 50.0 cm Chiều dài bản quá độ lqd 500 cm Chiều dày bản quá độ dqd 30.0 cm Chiều rộng bản quá độ bqd 1200 cm Chiều cao bệ móng hm 200 cm Chiều dài bệ móng lm 650 cm Bề rộng bê móng bm 1600 cm 1.4.2 – Kích thước Cơ bản của nhịp dẫn Kết cấu nhịp cầu dẫn sử dụng super – T chiều dài 40m bằng BTCT DƯL, lắp ghép bằng giá long môn. Bảng kích thước KCN cầu dẫn: Tên gọi các kích thước Kí hiệu Giá trị Đơn vị Chiều dài nhịp thiết kế L 40 m Chiều dài nhịp tính toán Ltt 39 m Chiều cao dầm chủ hdc 195 cm Chiều rộng nắp hộp Bc 1300 cm Diện tích mặt cắt ngang dầm chủ Fdc 10015.97 cm2 Trọng lượng KCN Pdc 6009.58 kN Chiều dày lớp phủ mặt cầu hmc 12 cm Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn DCtc 150.24 kN/m Tĩnh tải KCN cầu dẫn trên mố: + Tĩnh tải giai đoạn I tiêu chuẩn : DCTC = 150.24 kN/m + Tĩnh tải giai đoạn II tiêu chuẩn : DWTC = 40.51 kN/m + Tĩnh tải giai đoạn I tính toán : DCTT = 187.80 kN/m + Tĩnh tải giai đoạn II tính toán : DWTC = 60.77 kN/m 1.4.3.Tải trọng tác dụng lên mố: 1.4.3.1. Nguyên tắc chung khi tính toán mố: a - Khái quát: Mố ở trên mực nước thông thuyền và hầu như không ngập nước nên không tính tải trọng va xô tầu bè và cũng không tính tải trọng gió. Đất đắp sau mố sử dụng đất tốt đầm chặt có g = 1.8 kN/m3 , j = 350. Tải trọng tác dụng lên mố gồm: 1 Trọng lượng bản thân mố 2 Phản lực thẳng đứng do trọng lượng KCN 3 Phản lực thẳng đứng do hoạt tải đứng trên KCN 4 Lực hãm dọc cầu 5 Ma sát gối cầu 6 áp lực của đất sau mố 7 Phản lực truyền xuống từ bản quá độ b - Tải trọng tác dụng lên mố: Trọng lượng bản thân mố. Tên các bộ phận của mố Gtc (kN) Mặt cắt I - I e1 (m) M1(kN.m) Tường thân 2573.03 0.700 1801.12 Tường đỉnh 362.38 -0.100 -36.24 Tường cánh +) Khối 1 341.25 -0.613 -209.02 +) Khối 2 122.50 -3.500 -428.75 +) Khối 3 157.50 -3.500 -551.25 Tường cánh 621.25 -1189.02 Bệ móng mố 5200.00 0.000 0.00 Bản quá độ 450.00 -0.500 -225.00 Gờ kê bản quá độ 15.00 -0.500 -7.50 Đất đắp sau mố +) Khối 1 4892.40 -1.625 -7950.15 +) Khối 2 604.80 -4.250 -2570.40 +) Khối 3 777.60 -4.250 -3304.80 Đất đắp sau mố 6274.80 -13825.35 Phản lực do hoạt tải trên kết cấu nhịp. Xếp tải bất lợi lên sơ đồ kết cấu ta có hiệu ứng tải do các tải trọng gây ra như sau. Hoạt tải trên kết cấu nhịp được tính cho cả 2 làn: Nội lực do hoạt tải được lấy với hiệu ứng lớn nhất trong số các hiệu ứng sau: +) Hiệu ứng 1: Xe tải thiết kế (với cự ly trục sau thay đổi từ 4,3 đến 9 m ) tổ hợp với tải trọng làn và tải trọng đoàn Người. +) Hiệu ứng của 1 xe 2 trục tổ hợp với tải trọng làn và tải trọng Người. Xếp xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có: * Do xe 3 trục: Điểm ĐAH P (kN) Ri (kN) 1 1.000 145.000 145.000 2 0.890 145.000 129.013 3 0.779 35.000 27.282 Tổng 301.29 * Do xe 2 trục: Điểm ĐAH P (kN) Ri (kN) 1 1.000 110.000 110.000 2 0.969 110.000 106.615 Tổng 216.615 * Do tải trọng làn: R = 0.5x39x1x9.3 = 181.350kN * Do tải trọng xe thô sơ (người): R = 0.5x39x1x3x2 =117 kN Bảng tổ hợp phản lực do hoạt tải trên KCN: Số làn 2.000 Hệ số triết giảm 1.000 Tổ hợp: Xe 3trục + làn + người 1206.31 kN Tổ hợp: Xe 2trục + làn + người 1036.95 KN Phản lực do hoạt tải trên bản quá độ. - Chiều dài bản quá độ : Lqd = 5.0 (m) - Bề rộng bản quá độ : Bqd = 12.0 (m) - Vẽ ĐAH phản lực gối trên bản quá độ tại vị trí vai kê +) Tổng diện tích ĐAH : S = 2.5 +) Diện tích ĐAH dương : S+ = 2.5 +) Diện tích ĐAH âm : S- = 0 - Xếp xe tải và xe 2 trục thiết kế lên ĐAH phản lực gối ta có +) Tung độ ĐAH khi xếp xe tải P (kN) 145 145 35 Pi.Yi Y 0.140 1.000 0.000 165.30 +) Tung độ ĐAH khi xếp xe 2 trục P (kN) 110 110 Pi.Yi Y 0.760 1.000 193.60 Bảng tính toán áp lực truyền lên vai kê khi hoạt tải trên bản quá độ Tải trọng Tiêu chuẩn Tính toán Đơn vị áp lực thẳng đứng do tải trọng làn Plan 23.70 41.48 kN áp lực thẳng đứng do tải trọng Người PNg 15.00 26.25 kN áp lực thẳng đứng do xe tải PXT 165.30 361.59 kN áp lực thẳng đứng do xe 2 trục P2T 193.60 423.50 kN Tổ hợp : Xe tải + Làn + Người P1 408.00 858.64 kN Tổ hợp : Xe 2 trục + Làn + Người P2 464.60 982.45 kN Tổng áp lực do hoạt tải trên bản qua độ (2 làn) Pht bqd 464.60 982.45 kN 1.4.3.2. Bảng tổ hợp tải trọng thẳng đứng dưới đáy móng: Tên tải trọng Kí hiệu Vtc(kN) Hệ số tải trọng Vtt (kN) a - Trọng lượng các bộ phận mố Tường thân Gtt 2573.03 1.25 3216.28 Tường đỉnh Gtd 362.38 1.25 452.97 Tường cánh Gtc Khối 1 Gtc1 341.25 1.25 426.56   Khối 2 Gtc2 122.50 1.25 153.13   Khối 3 Gtc3 157.50 1.25 196.88 Bệ móng mố Gm 5200.00 1.25 6500.00 Bản quá độ Gqd 450.00 1.25 562.50 Gờ kê bản quá độ Gk 15.00 1.25 18.75 b - áp lực đất áp lực đất thẳng đứng EV Khối 1 EV1 4892.40 1.35 6604.74 Khối 2 EV2 604.80 1.35 816.48 Khối 3 EV3 777.60 1.35 1049.76 c - áp lực do tĩnh tải kết cấu nhịp Do tĩnh tải giai đoạn I DC 2929.67 1.25 3662.09 Do tĩnh tải giai đoạn II DW 789.95 1.50 1184.92 d - áp lực do hoạt tải Do hoạt tải trên KCN LL(kcn) 1206.31 1.75 2638.80 Do hoạt tải trên bản quá độ LL(bqd) 464.60 1.75 1016.31 Tổng 28500.17 Vậy tải trọng tập trung lớn nhất xuất hiện ở đáy móng là 28500.17kN 1.4.4.Xác định số lượng cọc: 1.4.4.1. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu: Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị Mác bê tông chế tạo cọc f’c 30 Mpa Đường kính cọc thiết kế D 1.5 m Đường kính cốt thép d 28 Số thanh thép thiết kế nthanh 24 Diện tích phần bê tông Ac 1.767 m2 Diện tích phần cốt thép As 0.015 m2 Hệ số uốn dọc j 0.9 Cường độ chịu kéo của thép fy 420 Mpa Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 18738.6 kN 1.4.4.2. Sức chịu tải của cọc theo đất nền: - Công thức tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền - Bảng số liệu các lớp địa chất STT Loại đất H (m) e B g (kN/m3) C KG/cm2 s KG/cm2 j (độ) R' KG/cm2 Lớp 1 Sét dẻo cứng 2.98 0.7 0.4 1.8 0.14 2.6 22 1.2 Lớp 2 Sét 4 0.5 0.2 1.8 0.12 2.2 25 1.2 Lớp 3 Cát hạt vừa Vô hạn 1.7 0.06 1.8 38 2.5 Bảng tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền: Loại đất D m Li m As m2 N Su kN/m2 a qskN/m2 QskN jqs Sức kháng thân cọc Sét dẻo cứng 1.5 2.98 14.04 10 62.5 0.55 34.4 482.6 0.65 Sét 1.5 4 18.85 15 68.0 0.55 37.4 704.5 0.65 Cát hạt vừa 1.5 18.02 84.92 50 201.3 0.5 100.7 8547.9 0.45 Sức kháng thành cọc Qthan 4618.18 kN Sức kháng mũi cọc Loại đất D m Ap m2 N qp kN/m2 Qp kN jqp Cát hạt thô 1.5 1.767 50 3200 5654.9 0.65 Sức kháng mũi cọc Qmui 3675.7 kN Q cọc theo đất nền Qr 8293.8 kN Q cọc theo vật liệu Qvl 18739 kN Qi tính toán của cọc Qcoc 8293.8 kN Chiều dài cọc Lcoc 25 m 1.4.4.3. Tính toán số cọc trong móng: Số cọc trọng móng được tính theo công thức sau: Trong đó : +) b : Hệ số xét đến loại móng và độ lớn của mômen với móng cọc đài thấp: b = 1,5 +) Qcoc : Sức chịu tải tính toán của cọc: Qcoc = 829.38T=8293.8kN +) P : Tổng áp lực thẳng đứng truyền lên bệ cọc : P = 28500.17kN => Số cọc bố trí trong móng là n = 8cọc. Bố trí thành 2 hàng mỗi hàng 4 cọc Chiều dài cọc bố trí là 25 m 1.5 – Dự kiến công tác thi công 1.5.1 – Thi công trụ - Phương pháp thi công các trụ giống nhau giống nhau, với mực nước thấp nhất là -0.4 m , ta chọn mực nước thi công 0.6m. - Với MNTC như vậy ta tiến hành thi công trụ như sau : +) Đắp đảo, làm đường công vụ vào đảo, khi đắp gạt bỏ lớp đất yếu dày 2m. +) Lắp dựng máy khoan, đưa máy lên đảo và tiến hành khoan cọc, giữ thành ống vách bằng vữa sét. Thi công đổ bê tông cọc khoan bằng phương pháp rút ống thẳng đứng. +) Hạ vòng vây cọc ván thép.Tiến hành đào đất trong hố móng. +) Đổ bê tông bịt đáy bằng phương pháp vữa dâng. +) Hút nước trong hố móng. Đập đầu cọc ,lắp dựng đà giáo ván khuôn đổ bê tông bệ cọc . +) Đổ bê tông thân trụ bằng ván khuôn trượt . 1.5.2 – Thi công mố - Mố cầu được bố trí đối xứng và được thi công trong điều kiện không ngập nước do đó ta đề xuất biện pháp thi công mố như sau : +) Gạt lớp đất yếu, đắp đến cao độ thiết kế +) Lắp dựng, đưa máy đóng cọc lên đảo và tiến hành đóng cọc. +) Đào đất hố móng , đập BT đầu cọc ,đổ lớp BT tạo phẳng, lắp dựng đà giáo ván khuôn, đổ BT bệ cọc +) Lắp dựng đà giáo ván khuôn,.đổ BT thân mố, +) Tường đỉnh, tường cánh được thi công sau khi thi công xong kết cấu nhịp 1.5.3 – Thi công kết cấu nhịp 1.5.3.1 – Thi công kết cấu nhịp cầu dần Nhịp cầu dẫn được lắp ghép bằng giá long môn tại công trường 1.5.3.2 – Thi công kết cấu nhịp cầu chính - Kết cấu nhịp cầu chính là kết cấu cầu BTCT DƯL liên tục , được thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng . - Trình tự các bước thi công như sau : +) Mở rộng trụ tại bằng hệ thống đà giáo thép . +) Tiến hành đổ bê tông đốt KO trên đỉnh trụ . +) Đợi cho đốt KO đạt cường độ thì lắp 2 xe đúc lên đốt KO . +) Tiến hành đúc cân bằng các đốt tiếp theo về 2 phía , đúc đốt nào thì ta tiến hành kéo cốt thép DƯL ngay đốt đó , sau đó mới đúc các đốt tiếp theo. +) Lắp dựng hệ đà giáo tại vị trí trụ P4 và tiến hành đổ bê tông đoạn dầm trên đà giáo có chiều dài ( L = 14 m) +) Tiến hành hợp long nhịp biên sau đó mới hợp long nhịp giữa . - Công tác hoàn thiện cầu : +) Tháo dỡ hệ thống xe đúc trên KCN. +) Hạ KCN xuống gối thật. +) Đổ bê tông phần chân lan can và gờ chắn bánh. +) Thi công lớp phủ mặt cầu. +) Lắp dựng hệ thống lan can , tay vịn và hệ thống đèn chiếu sáng trên cầu. +) Hoàn thiện cầu và đưa vào sử dụng.