đồ án tốt nghiệp MỐ TRỤ CẦU

MỐ TRỤ CẦU CBHD: HỒ THỊ KIM THOA Khái niệm vai trò mố trụ cầu I Khái niệm chung mố trụ cầu - Mố trụ cầu phận quan trọng cơng trình cầu - Mố trụ cầu bao gồm: mố cầu trụ cầu - Mố cầu phần tiếp giáp cầu đường, đảm bảo xe chạy êm thuận - Trụ cầu đặt vị trị liền kề hai kết cấu nhịp giúp phân chia kết cấu nhịp Vai trị mố trụ cầu - Có chức đỡ kết cấu nhịp, truyền tải trọng thẳng đứng ngang xuống đất - Mố cịn có vai trò tường chắn đất → đảm bảo ổn định taluy đường đầu cầu, dẫn hướng điều chỉnh dịng chảy chống xói lở bờ sơng - Mố cầu thường chịu áp lực bất lợi theo phương dọc cầu nên tính tốn thiết kế mố trụ ta cần tính mố theo phương dọc cầu - Mố cầu có hình dạng đối xứng theo phương ngang cầu - Trụ cầu có tác dụng phân chia nhịp, truyền phản lực gối từ hai đầu kết cấu nhịp, hình dáng trụ cầu đối xứng theo dọc ngang cầu phải đảm bảo yêu cầu về: - + Mỹ quan + Thông truyền + Va xô tàu thuyền + Tác động dòng chảy Trụ đặt lịng sơng cịn chịu tác động dịng chảy, tàu bè, trôi, … MỐ TRỤ CẦU - CBHD: HỒ THỊ KIM THOA Trụ cầu xây dựng phạm vi dòng chảy nên tiết diện ngang phải có cấu tạo hợp lý để đảm bảo nước tốt Bên ngồi trụ phải có vỏ bọc để chống xâm thực - Hình dạng trụ kết cấu nhịp cầu vượt cịn phải đảm bảo mỹ quan khơng cản trở lại tầm nhìn cầu - Trụ cầu chịu lực bất lợi theo hai phương dọc ngang cầu nên tính tốn thiết kế ta phải tính trụ theo hai phương - Trụ cầu có hình dạng đối xứng theo hai phương dọc cầu ngang cầu II Phân loại mố trụ cầu a Phân loại theo độ cứng dọc cầu - Theo độ cứng dọc cầu chia thành loại mố trụ: mố trụ cứng mố trụ dẻo - Mố trụ cứng loại có kích thước lớn độ cứng lớn Khi chịu lực, biến dạng mố trụ tương đối nhỏ bỏ qua Mố trụ có khả chịu tồn tải trọng ngang theo phương dọc cầu từ nhịp truyền đến tải trọng ngang áp lực đất gây - Mố trụ dẻo loại có kích thước nhỏ, độ cứng nhỏ Khi chịu lực ngang theo phương dọc cầu, toàn kết cấu nhịp trụ làm việc khung tải trọng ngang truyền cho trụ theo tỷ lệ độ cứng chúng Trụ dẻo thường có dạng trụ cột, trục dọc, tường mỏng Áp dụng trụ dẻo hợp lí đối vơi cầu nhịp nhỏ có chiều cao khơng lớn b Phân loại mố trụ theo hệ thống kết cấu nhịp - Theo hệ thống kết cấu nhịp phân thành mố trụ hệ thống không chịu lực đẩy mố trụ chịu lực đẩy - Mố trụ cầu dầm (Cầu bản, dầm đơn giản, liên tục, nút thừa) chịu phản lực gối thẳng đứng, cấu tạo chúng tương đối đơn giản MỐ TRỤ CẦU - CBHD: HỒ THỊ KIM THOA Mố trụ cầu khung: giống với cầu dầm trụ liên kết ngàm với kết cấu nhịp Trụ chịu momen lớn nên bố trí cốt thép thường lẫn cốt thép dự ứng lực - Cầu treo cầu vịm có hệ thống lực đẩy ngoài, mố trụ chúng chịu lực đẩy ngang lớn, có cấu tạo nặng nề, thiết kế phức tạp khơng có khả lắp ghép - Mố trụ cầu dây văng: Mố chịu lực nhổ, mố bố trí gối chịu lực nhổ mố phải đủ nặng để chịu lực nhổ Trụ tháp chịu lực chủ yếu, dây neo truyền tải trọng vào trục tháp từ truyền xuống móng nên trụ tháp phải đủ cứng để chịu lực áp dụng tải trọng c Phân loại mố trụ theo vật liệu - Mố trụ cầu xây dựng đá, đúc bê tông, bê tông đá hộc, bê tông cốt thép (BTCT) Trong cầu đường nông thôn, mố trụ xây gạch Trụ cầu vượt, cầu cạn tháp cầu treo làm thép d Phân loại mố trụ theo phương pháp xây dựng - Theo phương pháp xây dựng, phân mố trụ thành loại: toàn khối, lắp ghép bán lắp ghép Mố trụ toàn khối loại xây dựng cơng trình, theo u cầu xây dựng cơng nghiệp hóa mố trụ cịn chưa hợp lí - Trụ bán lắp ghép gồm khối vỏ bê tơng cốt thép bê tơng lắp lịng Lớp vỏ bên ngồi vừa đóng vai trị lớp áo bên ngồi, vừa ván khn đổ bê tơng Trụ lắp ghép lắp khối bê tông đặc, đúc sẵn làm thép e Phân loại mố trụ theo hình thức cấu tạo - Theo hình thức cấu tạo có mố trụ nặng mố trụ nhẹ Mố trụ nặng bao gồm loại có kích thước lớn, kết cấu nậng nề Mố trụ nặng thường áp dụng cho nhịp lớn cầu thuộc hệ thống lực đẩy Loại thường xây MỐ TRỤ CẦU CBHD: HỒ THỊ KIM THOA dựng đá, bê tông bê tông đá hộc, thi cơng lắp ghép, bán lắp ghép đúc chổ Mố trụ nhẹ có hình dạng mảnh hơn, gồm hàng cột, hàng cọc - tường mỏng Loại xây dựng bê tông cốt thép Đối với cầu cạn, cầu vượt đường cầu qua sơng áp - dụng loại trụ cột có tiết diện đặc cột ống bê tơng cốt thép rỗng Các loại trụ cột lắp ghép bán lắp ghép đỗ chổ Nếu kết cấu nhịp có hai dàn chủ, thân trụ cấu tạo gồm hai cột đặt tim dàn Trong trường hợp cần đảm bảo tầm nhìn khơng cản trở giao thông cầu (cầu cạn, cầu vượt, cầu chéo ) áp dụng trụ cột Cầu sơng có biên độ nước thay đổi lớn, cầu vượt, cầu cạn, - cầu qua thung lũng, thường áp dụng loại trụ rỗng bê tông cốt thép thường bê tông cốt thép dự ứng lực trước Các loại trụ phần lớn lắp ghép, nhiên trụ cao ( trụ cầu qua thung lũng ) dùng đúc chổ ván khn trượt hợp lí kinh tế dễ dàng f - Phân loại mố trụ theo yêu cầu dụng Theo yêu cầu dụng có loại mố trụ cầu đường ô tô, mố trụ cầu đường sắt Mố trụ cầu đường sắt có cấu tạo máng ba lát để đỡ đá ba lát đặt tà vẹt ray III CÁC BỘ PHẬN MỐ TRỤ CẦU a Các phận trụ cầu Gối cầu a Khái niệm chung tác dụng gối cầu: - Gối cầu phận nối kết cấu nhịp phần kết cấu nhịp phần (mố, trụ) với chức chúng sau: + Truyền tải trọng từ KCN → kết cấu phần MỐ TRỤ CẦU + CBHD: HỒ THỊ KIM THOA Đảm bảo chuyển vị tương đối (thẳng, xoay) KCN kết cấu phần - Các lực tác dụng lên gối cầu bao gồm: + Trọng lượng thân kết cấu nhịp phần + Tải trọng hoạt tải + Tải trọng gió tải trọng động đất…… - Các chuyển vị gối cầu gồm: + Chuyển vị thẳng : từ biến,co ngót hiệu ứng nhiệt độ →Chuyển vị thẳng: hướng dọc ngang cầu + Chuyển vị xoay: hoạt tải, lún khơng móng… b Các dạng gối cầu: - Gối cầu chia thành : Cố định di động + Gối cố định: cho phép chuyển vị xoay truyền áp lực qua điểm định + - Gối di động cho phép chuyển vị thẳng xoay Nguyên tắc bố trí gối cầu theo phương dọc cầu: + Đối với kết cấu giản đơn: trụ bố trí gối cố định gối di động Trường hợp gặp trụ cao, để giảm lực ngang bố trí gối di động + Đối với dầm liên tục: đặt gối cố định dựa tiêu chí:  Tiêu chí 1: Đặt mố trụ có chiều cao thấp để chịu lực đẩy ngang  - Tiêu chí 2: đặt trụ giữ cầu để giảm bớt độ lớn khe co giãn Nguyên tắc bố trí theo phương ngang cầu: + Bcầu 12m: Chỉ cần bố trí gối di động phương + Bcầu 12m: Phải bố trí gối di động đa phương MỐ TRỤ CẦU - CBHD: HỒ THỊ KIM THOA Sau loại gối thường sử dụng:  Gối trượt: - Cấu tạo cách cho thép trượt khác → chuyển vị dọc - Gối trượt áp dụng chuyển vị xoay bỏ qua áp dụng cho nhịp L < 15m (theo AASHTO)  Gối tiếp tuyến: - Gối tiếp tuyến bao gồm thớt phẳng tựa vào mặt trụ tròn thớt → thực chuyển vị xoay, chuyển vị thẳng nhờ trượt thớt thớt Chúng chế tạo từ thép dày 30- 50 mm *Phạm vi áp dụng: - Gối di động: kết cấu nhịp giản đơn, liên tục, công xôn…Lnhịp = 8-18m, áp lực thẳng đứng tác dụng lên gối đạt đến 50 - Gối cố định: chiều dài kết cấu nhịp đạt đến 60m hơn, áp lực thẳng đứng tác dụng l  Gối lăn: - Khi chiều dài nhịp tăng lên (L >18m) áp lực thẳng đứng tác dụng lên gối cầu lớn gối di động kiểu tiếp tuyến khơng cịn → sử dụng gối lăn Giữa thớt thớt có đặt lăn tròn vát cạnh Số lăn tuỳ theo độ lớn áp lực thẳng đứng *Phạm vi áp dụng: - Áp dụng với hệ thống dầm liên tục, mút thừa Lnhịp = 30-70m, tương ứng với phản lực gối 70-500 - Khi áp lực tăng lên tăng đường kính lăn, chiều cao lăn, số lăn … lực tăng lên tăng đường kính lăn, chiều cao lăn, số lăn …  Gối cao su MỐ TRỤ CẦU CBHD: HỒ THỊ KIM THOA Gối cao su chế tạo từ vật liệu đàn hồi (cao su tự nhiên nhân - tạo).Nó đảm bảo chuyển vị thẳng chuyển vị xoay nhờ biến dạng vật liệu đàn hồiên gối đạt đến 300 Do tính chất vật liệu đàn hồi mềm trượt cứng chống lại - thay đổi thể tích Dưới tác dụng tải trọng nén → gối bị nở hông Để chịu tải trọng lớn mà không bị biến dạng mức → thép sử dụng để ngăn cản nở hông Lực nén thẳng đứng mà cao su phải chịu giảm nhiều ứng suất - tiếp tiếp xuất chỗ tiếp xúc cao su thép, thép chịu thêm lực kéo ngang (do nở hông) Chiều dày thép từ 0.5 – 3mm, chiều dày cao su từ 5- 25 mm Từ định hướng phát triển vài kiểu gối phẳng cao su đơn giản, - có cốt sợi thuỷ tinh, cốt vải cotton gối cao su thép tăng cường *Ưu điểm: - Giá thành rẻ, chi phí tu bảo dưỡng - Các loại gối cao su – thép nhiều lớp có ưu điểm chấp nhận tải trọng chuyển vị vượt giá trị thiết kế lớn *Nhược điểm: Nếu chế tạo khơng đảm bảo (lưu hố cao su khơng tốt, khơng đủ thép tăng - cường, khơng đủ kích thước….) → nhanh chóng bị hư hỏng → gối biến dạng khơng gây ứng suất phụ kết cấu nhịp → sửa chữa phải kích dầm lên khó khăn tốn Sự tác động mơi trường ảnh hưởng đến tính chất vật liệu theo thời - gian Phạm vi áp dụng: + Rất phổ biến Khả chịu tải trọng thẳng đứng : 15- 700 tấn, chuyển vị dọc lớn từ 4-69 mm MỐ TRỤ CẦU + CBHD: HỒ THỊ KIM THOA Có thể áp dụng cho kết cấu nhịp bố trí độ dốc thơng qua sử dụng gối cầu có mặt nghiên vói độ dốc lớn 6% - 8% + Đối với cầu cong sử dụng gối cao su phía có hình cầu (có tính chất làm việc theo hướng nhau) - MŨ TRỤ Là phận trực tiếp chịu áp lực từ kết cấu nhịp truyền xuống, thường làm bê tông cốt thép (C30) - Kết cấu nhịp tựa mũ trụ thơng qua gối cầu Tại vị trí kê gối mũ trụ cấu tạo đá tảng bê tơng có chiều cao tối thiểu 15cm đặt lưới cốt thép chịu lực cục -10@50-100 - Khi đỉnh trụ bố trí hai loại gối có chiều cao khác cấu tạo đá kê chênh lệch chiều cao - Trong số trường hợp kết cấu nhịp kê trực tiếp lên mũ trụ, ví dụ trụ dẻo, vị trí kê dầm bề mặt mũ trụ phải phẳng bố trí lưới cốt thép chịu lực cục - Mặt mũ trụ cấu tạo độ dốc nước khơng nhỏ 1:10 bề mặt láng vữa xi măng - Nếu mũ trụ không làm việc chịu uốn mà chịu ép cục bộ, chiều dày mũ trụ tối thiểu 40-50cm phải bố trí lưới cốt thép chịu lực cục - Trường hợp giảm kích thước thân trụ, mũ trụ cấu tạo dạng công xon (trụ thân hẹp) dầm chịu uốn (trụ cột) Khi mũ trụ phải bố trí cốt thép chịu lực sở tính tốn theo sơ đồ làm việc - Thân trụ Có nhiệm vụ phân bố áp lực xuống móng đồng thời chịu lực nằm ngang theo phương dọc ngang cầu - Có thể xây đá, bê tơng bê tông cốt thép, tiết diện đặc rỗng Hình dạng mặt cắt ngang thân trụ phải bảo đảm cản trở dòng chảy, tránh tạo G è MỐ TRỤ CẦU CBHD: HỒ THỊ KIM THOA thành dịng xốy gần trụ giảm mức độ xói lở đáy sông Phải chịu lực va trạm vật trôi tầu bè - Dạng mặt cắt ngang chữ nhật áp dụng cho cầu cạn, cầu vượt áp dụng cho phần thân trụ nằm mức nước cao trụ phạm vi lịng sơng - Để cải thiện chế độ d ịng chảy, thân trụ đ ợ c l m v t nhọn - Phổ biến loại tiết diện có hai đầu hình bán nguyệt - Trường hợp cầu bắc qua sông suối vùng núi, dịng chảy có lưu tốc lớn đơi người ta cấu tạo trụ có tiết diện ngang hai đầu nhọn đầu nhọn, đầu trịn Khi đó, góc vuốt đầu nhọn nằm khoảng từ 45 đến 1200 cung trịn đầu mút có bán kính cong tối thiểu 0,3m - Để giảm khối lượng vật liệu người ta thu hẹp kích thước thân trụ (trụ thân hẹp) phần thân trụ mực nước cao cấu tạo dạng cột BTCT - Trụ có thân cột bê tơng cốt thép (trụ cột) thường gặp với cơng trình cầu cạn, cầu vượt có chiều dài nhịp trung bình cầu bắc qua sơng trơi, u cầu thơng thương khơng lớn Khi cầu có nhiều nhịp, chiều dài nhịp nhỏ (từ 10-12m) chiều cao cầu khơng lớn sử dụng trụ dẻo với thân trụ có độ cứng nhỏ gồm hai hàng cọc bê tông cốt thép Bệ Trụ (móng) - Có nhiệm vụ truyền tải trọng từ thân trụ xuống đất qua kết cấu móng,nếu trụ kê thiên nhiên bệ trụ làm ln vai trị móng.bệ trụ đá xây,bằng betong betong cốt thép - Cấu tạo móng trụ tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng cầu bao gồm điều kiện địa chất,địa hình, thủy lực, thủy văn - Kích thước móng trụ phụ thuộc vào khả cơng nghệ thi công MỐ TRỤ CẦU CBHD: HỒ THỊ KIM THOA móng,đặc điểm chịu lực Khác với bệ mố, bệ trụ khơng nằm sâu đất hồn tồn - khơng chơn đất.đối với móng cọc nhiều trường hợp đưa bệ trụ lên cao việc thi cơng đỡ khó khăn phức tạp Khi trụ nằm nơi khô, mặt bệ trụ nên lộ mặt đất tự nhiên từ 0.25 - -0.3m, thân trụ có dạng cột Với trụ nằm nước, mặt bệ trụ nằm mức cao thấp - mực nước thấp b CẤU TẠO MỐ CẦU - Bệ móng Chịu tải trọng truyền xuống đất - Độ sâu chơn móng cịn phải đảm bảo cho mố khơng bị ổn định, nghiêng lệch bị phá hoại xói lỡ gây Cao độ đỉnh móng phụ thuộc vào điều kiện địa chất,địa hình ,kinh nghiệm - người thiết kế.thường nằm ngang với mặt đất tự nhiên mặt đất tự nhiên 0.5-1m Mố trụ xây đá,đúc bê tơng,betong cốt thép,trụ cầu - vượt,cầu cạn tháp làm cốt thép Thân mố - Thân mố: phận nhận tải kết cấu nhịp thông qua xà mũ, phận đỡ tường đỉnh mũ mố - Mố cầu dầm: thân mố (tường trước) làm gạch đá xây áp dụng cho địa chất tốt bề mặt, chơn mố đầu kết cấu nhịp hồn tồn vào ta luy đường, sử dụng cho dịng nước nhỏ,kênh ,mương - Mố chữ U betong, đá xây: thân mố tường trước.tường trước có chiều dày thay đổi theo chiều cao, nghiêng mặt trước mặt sau tùy theo chiều cao H,độ dốc thường sử dụng 10:1; chân tường trước có bề rộng (0.3510 MỐ TRỤ CẦU CBHD: HỒ THỊ KIM THOA 0.4)H - Mố chữ U betong cốt thép: tường trước (thân mố) bề rộng thường bề rộng cầu thu hẹp làm lề người dạng công xon Chiều dày thông thường chiều rộng xà mũ theo phương dọc cầu+ chiều dày tường đỉnh (1.1-1.8m) trường hợp dày hơn,có thể làm chiều dày thay đổi làm xà mũ mố tách biệt hay làm liền.cốt thép chủ chịu lực theo phương thẳng đứng φ20a200 kéo dài xuống đáy bệ để tiện thi công - Mố vùi betong, đá xây: tường trước dày (0.3-0.5)H,độ dốc mặt trước 3:1 đến 2:1,độ dốc mặt sau 12:1 đến 5:1 - Chiều cao mố cầu (h) xác định cao độ đỉnh mũ mố trừ cao độ đỉnh bệ móng mố : h = Caodo(dinhmumo) – Caodo(dinhbemong) - Chiều dày tường thân mố (b) > (0.35∑bi.0.4).h Tường đỉnh - Tường Đỉnh: phận chắn đất sau dầm có chiều cao tính từ mặt cầu đến mặt kê gối làm nhiệm vụ chống đỡ áp lực đất giữ đường ổn định - Chiều cao tường đỉnh (htd) xác định tổng chiều cao xây dựng kết cấu nhịp ( tính từ đáy dầm mố đến cao dộ phần xe chạy), chiều cao gối cầu chiều cao đá kê gối Chiều cao tường đỉnh (htd) xác định sau: htd = hdb + hgối + hđákê - Chiều dày chân tường đỉnh (btd1): btd1 = (0.5: 0.6).htd - Chiều dày đỉnh tường đỉnh (btd2): btd2 > 0.5m - Chiều dày tường trước mố có tường cánh thân mố vùi khơng nên nhỏ (0.35 : 0.4) chiều cao đất đắp - Trong đó: + hdb: Chiều cao dầm mắt cầu chọn vị trí tường đỉnh + hgối: chiều cao gối cầu, thường hgối= (0.1.∑bi = = ( n-1).bi.0.3)m + hđá kê: chiều cao đá kê, thường hđá kê = 0.1:0.15m 11 MỐ TRỤ CẦU + CBHD: HỒ THỊ KIM THOA n: số dầm dọc mố Tường cánh - Tường cánh: tường chắn đất chống sụt lỡ đường theo phương ngang cầu, chống đỡ áp lực đất đảm bảo đường sau cầu ổn định - Tùy theo loại mố mà tường cánh xác định khác mố chữ U, mố vùi … - Tường cánh xác định theo mố chữ U: chiều dày tường cánh bao gồm phần tựa bệ mố ( khoảng nửa chiều cao đất đắp) phần hẫng để vùi vào đường tối thiểu 0.75 m ( n.H+0.75m), phía giảm bớt phù hợp với nón mố, tường cánh mố có chiều dày lớn tường trước để tăng độ ổn định cho mố - Tường cánh xác định theo mố vùi: Tường cánh làm việc chịu uốn theo phương thẳng đứng tác dụng lượng thân theo phương ngang áp lực ngang đất đắp tường cánh làm bê tông cốt thép, ngàm vào tường trước Cốt thép thường bố trí dạng lưới thơng thường sử dụng 14 – 16mm Mũ mố - Là phận để kê gối cầu, chịu tải trọng trực tiếp truyền xuống từ kết cấu nhịp Mũ mố dẻo: Mũ mố có chiều cao lớn 40cm, tồn thân cọc nằm - đất đắp nón mố có kích thước cọc trụ dẻo Mũ mố cứng: mố chữ U mũ mố phải có chiều cao h lớn 40cm Đá kê gối - Đá kê gối: làm nhiệm vụ truyền áp lực tập trung từ kết cấu nhịp xuống mố trụ Đảm bảo kết cấu nhịp quay di động tự tác động hoạt tải nhiệt độ 12 MỐ TRỤ CẦU CBHD: HỒ THỊ KIM THOA 13 ... kính lăn, chiều cao lăn, số lăn … lực tăng lên tăng đường kính lăn, chiều cao lăn, số lăn …  Gối cao su MỐ TRỤ CẦU CBHD: HỒ THỊ KIM THOA Gối cao su chế tạo từ vật liệu đàn hồi (cao su tự nhiên... trước 3:1 đến 2:1,độ dốc mặt sau 12:1 đến 5:1 - Chiều cao mố cầu (h) xác định cao độ đỉnh mũ mố trừ cao độ đỉnh bệ móng mố : h = Caodo(dinhmumo) – Caodo(dinhbemong) - Chiều dày tường thân mố (b) >... chiều cao tính từ mặt cầu đến mặt kê gối làm nhiệm vụ chống đỡ áp lực đất giữ đường ổn định - Chiều cao tường đỉnh (htd) xác định tổng chiều cao xây dựng kết cấu nhịp ( tính từ đáy dầm mố đến cao