(TIỂU LUẬN) đồ án tốt NGHIỆP THIẾT kế cầu EXTRADOSED

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CẦU EXTRADOSED GVHD:PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN MSSV: 80902034 LỚP: 09080201 Tp HCM, Năm 2014 SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY LỜI NĨI ĐẦU Sau thời gian học tập trường ĐH Tôn Đức Thắng, nỗ lực thân với bảo dạy dỗ tận tình thầy trường ĐH Tơn Đức Thắng thầy cô Khoa Kỹ Thuật Cơng trình em tích luỹ nhiều kiến thức bổ ích, trang bị cho cơng việc kỹ sư tương lai Đồ án tốt nghiệp kết cố gắng suốt năm học tập tìm hiểu kiến thức trường Đó đánh giá tổng kết công tác học tập suốt thời gian qua sinh viên Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo môn, đặc biệt giúp đỡ trực tiếp : PGS.TS Lê Thị Bích Thủy Do thời gian tiến hành làm Đồ án sở lý thuyết kinh nghiệm thực tế hạn chế nên tập Đồ án chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em xin kính mong thầy cô môn bảo để em hồn thiện Đồ án kiến thức chun mơn Em xin chân thành cảm ơn ! TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2014 Sinh viên : Nguyễn Văn Tồn SVTH: NGUYỄN VĂN TỒN ; MSSV: 80902034 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY PHẦN A: THIẾT KẾ SƠ BỘ PHƯƠNG ÁN CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN TẠI VỊ TRÍ XÂY DỰNG CẦU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Cầu K bắc qua sông Cầu, nằm đường Quốc Lộ X thuộc địa phận huyện Hiệp Hịa với phố Nỉ thuộc huyện Sóc Sơn Đầu phía Tây thơn An Lạc, xã Trung Giã, huyện Sóc Sơn, Hà Nội Đầu phía Đơng cầu thôn Hương Ninh, xã Hợp Thịnh, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Dự án báo cáo nghiên cứu khả thi xây dựng Cầu K nghiên cứu nội dung chủ yếu sau đây: Phân tích quy hoạch phát triển văn hố, kinh tế, giao thông vận tải khu vực liên quan đến cần thiết đầu tư xây dựng cầu Đánh giá trạng khai thác tuyến đường, cơng trình tuyến Rà sốt, đánh giá lại quy mơ cơng trình cầu K nghiên cứu có trước Lựa chọn quy mơ cơng trình tiêu chuẩn kỹ thuật Chọn phương án kỹ thuật cầu giải pháp xây dựng Xác định tổng mức đầu tư Phân tích hiệu kinh tế Kiến nghị phương án đầu tư 1.3 ĐỊA HÌNH Cầu K bắc qua sơng Cầu, cịn gọi sông Như Nguyệt, sông Thị Cầu, sông Nguyệt Đức (xưa cịn có tên sơng Vũ Bình), sông quan trọng hệ thống sông Thái Bình Sơng Cầu dài 288 km với chiều sâu trung bình 3-7 m Do địa hình phẳng nên hai bờ sông đoạn làm cầu tương đối ổn định Hình dạng chung mặt cắt sơng không đối xứng, phần nông nằm bên bờ trái SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Bảng 1.1 STT Lớp đất Đất sét pha cát lẫn sỏi sạn L1 Đất sét lẫn bột hữu L2 Đất sét lẫn bột, cát mịn L3 Sét pha cát trạng thái dẻo cứng L5 Chiều dày (m) 14.00 21.00 18.00 20 1.4.KHÍ TƯỢNG &THUỶ VĂN 1.4.1.Khí tượng Theo thống kê trạm khí tượng Bắc giang, đặc trưng khí tượng khu vực xây dựng cầu theo biểu sau: Lượng mưa: 163.4 319.3 412.5 451.7 563.3 486.1 62.1 Tháng 8.1 Bảng 1.2 10 11 12 Năm Lượng 22.3 176 3067.4 bình 350.1 trung 30.4 mưa (mm) Độ ẩm khơng khí: 10 78 78 81 85 86 87 87 88 87 Tháng 78 Bảng 1.3 11 12 Năm Độ ẩm tuyệt đối 83 76 bình 81 trung tháng, năm(%) SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY 1.4.2.Thuỷ văn Chế độ thuỷ văn chia làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa mùa khô Mùa mưa hay mùa lũ thường xảy vào tháng 10 tháng 12 năm, lũ sớm bắt đầu vào tháng Số liệu thiết kế thuỷ văn: Mực nước cao ứng với p=1%: +4.2m Mực nước thông thuyền ứng với p=5%: +1.5 m Mực nước thi công: +0.000 m Mực nước thấp nhất: +0.7 m Nhận xét: Sơ ta thấy địa chất tương đối tốt ổn định ta sử dụng trụ hay mố đặt hệ móng cọc Cọc khoan nhồi cọc đóng lựa chọn,đặc biệt có địa hình ổn định CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN 2.1.QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG 2.1.1.Quy trình thiết kế Tiêu chuẩn thiết kế cầu: 22 TCN 272 – 05 2.1.2.Các thông số kỹ thuật 2.1.2.1.Quy mơ cơng trình Căn vào kích thước vai trò kinh tế xã hội cầu bắc qua sơng Cầu cầu phải thiết kế với quy mô cầu lớn, vĩnh cửu bê tông cốt thép bê tông cốt thép dự ứng lực Cầu đặt Quốc Lộ thuộc đường cấp III đồng 2.1.2.2.Tải trọng thiết kế  Kiến nghị dùng tải trọng theo 22 TCN 272 - 05 + Hoạt tải thiết kế : HL93 + Người : 3KN/m2  Tốc độ thiết kế: V = 80 Km/h 2.1.2.3.Khổ cầu SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Chọn khổ cầu: B= 8+ c+ 8+  1.5+ 4x0.25 m ( với c= 0.6m: Barie) 2.1.2.4.Độ dốc dọc cầu Theo tiêu chuẩn đường cấp III đồng bằng:  Bán kính cong đứng lồi tối thiểu Rmin = 5000m  Độ dốc dọc tối đa imax = 4% Trong dự án áp dụng bán kính cong R = 5000 m để thiết kế đường cong đứng cầu 2.1.2.5.Tiêu chuẩn kỹ thuật tuyến hai đầu cầu Đảm bảo khai thác êm thuận, an toàn đường hai đầu cầu bắc qua sông Cầu thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp III đồng phù hợp với cải tạo nâng cấp đường Quốc Lộ + Bề rộng đường: Bn= 24.60m + Bề rồng mặt đường: Bm = 21.60m + Độ dốc dọc: imax = 6% + Bán kính đường cong nằm nhỏ nhất: Rmin=250m + Bán kính đường cong đứng lồi nhỏ nhất: Rmin= 5000m + Bán kính đường cong đứng lõm nhỏ nhất: Rmin= 3000m + Kết cấu mặt đường: 7cm bê tông at phan 25cm cấp phối đá dăm loại I 50cm móng Đất đắp tiêu chuẩn 2.1.2.6.Cấp thơng thuyền : Sơng thông thuyền cấp I -Khổ tĩnh không - Chiều dài : H=20 m ( nhịp lớn ) : B= 80m SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY 2.2.ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG CẦU 586.115 Hình 2.1 Mặt cắt ngang sơng giả định Mặt cắt ngang sơng cho thấy độ sâu lịng sơng khơng đối xứng, có độ lệch chút Điều kiện địa chất vị trí cầu dùng móng cọc khoan nhồi đặt cọc vào lớp cát sỏi sạn Điều cho phép sử dụng nhịp liên tục để tránh nhiều trụ xe chạy êm thuận Căn vào tính chất đất đắp đầu cầu cho phép chiều cao đắp tối đa 6.5m Căn vào yêu cầu khổ thông thuyền Căn vào điều kiện thi cơng đáp ứng Căn vào yêu cầu mỹ quan cảnh quan xung quanh Sau xem xét lựa chọn kiến nghị phương án xây dựng cầu K sau:  Phương án 1: Cầu dầm liên tục BTCT DƯL nhịp+ cầu dẫn dầm Super T Sơ đồ nhịp: 440+45+80+120+80+45+440 m Cầu dầm liên tục BTCT DƯL nhịp (80+120+80), tiết diện hộp thi công phương pháp đúc hẫng cân bằng, chiều cao dầm thay đổi từ 5.5m đỉnh trụ 2.2m nhịp Cầu dẫn cầu nhịp đơn giản dầm Super T, bên trái 440m + 45m, bên phải 440m + 45m, chiều cao dầm 1.75m Tổng chiều dài nhịp 690 m Ưu ,nhược điểm phương án - Ưu điểm: + Tránh bố trí trụ chỗ sâu lịng sơng + Sơ đồ cầu đối xứng hình dáng đẹp hợp với cảnh quan + Cầu thi công theo phương pháp đúc hẫng cân nhịp liên tục , phương pháp lao lắp với nhịp dẫn phương pháp quen thuộc với nhà thầu nước Q trình thi cơng kết cấu nhịp khơng gây cản trở thơng thương SVTH: NGUYỄN VĂN TỒN ; MSSV: 80902034 Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY + Cầu BTCT phí cho cơng tác tu bảo dưỡng giai đoạn khai thác thấp + Cầu làm việc với biểu đồ mô men hai dấu, tận dụng khả làm việc vật liệu - Nhược điểm: + Số lượng trụ nhiều (12 trụ), làm ảnh hưởng đến dịng chảy + Kích thước kết cấu nhịp liên tục lớn lại BTCT khối lượng vật liệu lớn,kết cấu nặng nề + Thi công theo phương pháp đúc hẫng cân đổ bê tơng chỗ việc kiểm sốt chất lượng bê tơng khó khăn  Phương án 2:Cầu cầu Extradosed( cầu dầm cáp hỗn hợp)+ cầu dẫn dầm SuperT Sơ đồ nhịp: 440+(88+150+88)+440 m Cầu cầu Extradosed nhịp (88+150+88),tiết diện hộp thi công phương pháp đúc hẫng cân bằng, chiều cao dầm thay đổi từ 4.5m trụ 2.5m nhịp Cầu dẫn cầu nhịp đơn giản dầm Super T, nhịp 440m bên, chiều cao dầm 1.75m Tổng chiều dài nhịp 646m Ưu ,nhược điểm phương án - Ưu điểm: + Ưu điểm bật cầu Extradosed( cầu dầm cáp hỗn hợp) mặt kết cấu:kết hợp kết cấu cầu dầm cứng cầu dây văng phát huy ưu điểm hai loại kết cầu Trên quan điểm kết cấu, cầu dầm cáp hỗn hợp dạng đặc biệt cầu dầm cứng nhịp lớn bố trí thêm cáp văng làm việc chịu kéo dọc theo chiều dài dầm để tăng cường khả chịu lực toàn cầu vượt độ lớn Kích thước dầm nhỏ phương án kết cấu đỡ nặng nề Chiều dài cáp văng ngắn, giảm dao động cáp văng tải trọng gió giảm ứng suất mỏi cáp văng +Sự biến thiên ứng suất cáp văng nhỏ, ứng suất chịu kéo cho phép cáp văng lấy nhỏ 60% cường độ giới hạn cáp cường độ cao +Không cần thiết phải điều chỉnh lực căng cáp văng sau thi công +Sử dụng kết cấu yên ngựa đặt đỉnh cột tháp (Pylon) để lắp đặt cáp văng, việc lắp đặt cáp văng đơn giản giảm giá thành nhân cơng +Hệ thống neo cáp văng sử dụng hệ thống neo cầu dầm cứng Không thiết phải sử dụng hệ thống neo đắt tiền cầu dây văng SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY + Kiểm tra ĐK nứt dc=0,166 m =166 mm A=0,798 m2 =0,798.106 mm2 Z=23000 N/mm fsa=61,35 MPa - Xác định ƯS cốt thép TTGH SD: Mômen uốn: My=13072,6 KNm Lực nén: N=16155,2 KN Mơmen qn tính mặt cắt 1-1 theo phương dọc cầu: Có kể cốt thép tính đổi sang BT: Id=4,2689 m4 = fs= (1,5-0,116) =3974,7 kn/M2 => fS=3,974 MPa - Giới hạn ƯS cho phép cốt thép: = min(0,6fy ; fsa) =80,91 MPa - Kết luận: fs < fsa : Mặt cắt thoả mẵn điều kiện chống nứt 6.5.2.2.2 - Kiểm toán theo điều kiện chịu uốn theo phương ngang cầu : Mux + ĐK cường độ chịu uốn - Chỉ tính cốt thép chịu kéo: Số cốt thép chịu kéo 81 D32 khoảng cách 100 mm - Nội lực tính tốn mặt cắt I – I: Mux = 10165,07 KNm - Ta có: as=0,166 m: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép bê tông: => ds=h- as=1,5-0,166=1,434 m 1=max(0,65 ; 0,85-0,05(fc’-28)/7)) 1=max(0,65 ; 0,85-0,05.(30-28)/7))=0,836 =0,06514 m2 As=81.3,14 =0.317009 a=c.1=0,265 Mn= => Mr= =0,06514.420000.(1,434- )=26485.0 KNm Mn=0,9 26485.0 =23838,5 KNm SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 168 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY - Kết luân: Mr > Mu: Mặt cắt đủ khả chịu uốn theo phương dọc cầu + ĐK cường độ chịu cắt - Nội lực tính tốn: Qu = 959,67 KN dv = Trong đó: de: Khoảng cách hữu hiệu từ thớ chịu nén đến trọng tâm lực kéo cốt thép chịu kéo: de=ds=1,434 m => dv= =1,202 m=1202 mm bv=3 m=3000mm Khả chịu cắt BT: Lấy =2 bv.dv=0,083.2 Vc=0,083.  .1202.3000=3331437 N => Vc=3331,437 KN => Vr= Vn=0,9.3331,437=3058,29 KN - Kết luận: Vr > Vu : Mặt cắt đủ khả chịu cắt theo phương ngang cầu, nhiên ta bố trí cốt thép đai theo cấu tạo + Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: = = = 0,03 - Kết luận: =0,0145 =0,00214 ≥ 0,03 : thoả mãn + Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối đa: c=0.317009m de=1,202 m = 0,145 < 0,42 - Kết luận: Mặt cắt thoả mãn điều kiện lượng cốt thép tối đa + Kiểm tra ĐK nứt: dc=0,166 m =166 mm SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 169 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY A=0,348 m2 =0,396.106 m2 Z=23000 N/mm fsa=77,50 MPa - Xác định ƯS cốt thép TTGH SD Mômen uốn: My=9676 KNm Mơmen qn tính mặt cắt 1-1 theo phương dọc cầu Có kể cốt thép tính đổi sang BT: Id=1,489 m4 = fs= (0,75-0,066) =35590 KN/m2 => fS=35,59MPa - Giới hạn ƯS cho phép cốt thép: =min(0,6fy ; fsa) =80,91 MPa - Kết luận: fs < fsa : Mặt cắt thoả mẵn điều kiện chống nứt 6.5.2.2.3 - Kiểm toán theo điều kiện chịu uốn theo phương - Nội lực tính tốn: Mux=10165,07 KNm Muy=20780,59 KNm Nu =20779,81 KN - So sánh Nu 0,1. Ta có 0,1. fc’.Ag fc’.Ag=0,1.0,75.30.4,5.106=10125000 Mpa =10125 KN < Nu Vậy kiểm tra theo công thức: Với : PO = 0,85.fc.(Ag-Ast) + Asr.fy - Xác định Prx Pry: Pn lấy giá trị nhỏ giá trị sau: + Pe: Tải trọng uốn tới hạn ơle xác định theo phương pháp xấp xỉ theo điều 4.5.3.2.2: Pe= Trong đó: lu: Chiều dài tự chịu nén (mm) K: Hệ số chiều dài hữu hiệu lấy theo Điều 4.6.2.5 E: Môđun đàn hồi (MPa) I: Mơmen qn tính trục xét (mm4) SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 170 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY + Pn=f.0,8.(0,85.fc’.(Ag-As)+fy.As) - Ta có bẳng kết tính tốn sau: Dọc cầu K lu ry K.lu/ry Ig Is Mtt tải trọng thường xuyên: Mtt toàn tải trọng: EI Pey Pn Pry Ngang cầu 0.85 14.50 0.87 14.23 3.38 1.49 7973.41 20780.59 0.38 228798621.79 14865492.21 122533.05 122533.05 K lu Rx K.lu/rx Ig Is Mtt tải trọng thường xuyên: Mtt toàn tải trọng: EI Pex Pn Prx Đơn vị 0.85 14.50 0.43 28.46 0.84 1.49 9438.47 10165.07 0.93 156891669.71 10193557.44 122533.05 122533.05 m m m4 m4 KNm KNm KNm2 KN KN KN - Diện tích tồn cốt thép: As=0,2268 m2 P0=0,85.30.(4,5-0,2268).106+0,2268.300.106=204221.75.103 N P0=204221.75KN => Prxy=102110.88KN - Kết luận Prxy > Nu : Mặt cắt thoả mãn theo điều kiện chịu uốn theo phương 6.5.3 – TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT II – II (MẶT CẮT CHÂN TRỤĐỈNH BỆ) - Nội lực tính tốn mặt cắt II-II là: TH CĐ1 CĐ2 CĐ3 SD Mômen 66775.33 29253.47 59585.08 50796.28 Dọc cầu Lực cắt Lực dọc trục Mômen 8790.55 -69474.92 -10165.07 1779.91 -69744.48 -11911.98 7278.87 -69536.54 -10705.71 5665.45 -58704.77 -8387.34 Ngang cầu Lực cắt Lực dọc trục -959.67 -20779.81 -1092.87 -19435.49 -1001.55 -20472.53 -785.26 -16115.28 6.5.3.1.Quy đổi tiết diện tính tốn - Kích thước hình học mặt cắt đỉnh bệ SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 171 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY MẶ T CẮ T 2-2 22800 00 3000 R15 19800 h b Iy Ix 4 A m m m m m2 22.8 3.00 2963.09 51.3 68.4 - Tiết diện trụ chọn vát cạnh theo bán kính 3m, tính tốn ta quy đổi tiết diện hình chữ nhật để gần với mơ hình tính tốn theo lý thuyết Cách quy đổi hình chữ nhật có chiều rộng chiều rộng trụ, chiều dài lấy giá trị cho diện tích mặt cắt quy đổi diện tích thực Diện tích cốt thép theo cạnh tiết diện quy đổi cũ Các kích thước hình học mặt cắt đỉnh móng quy đổi : h b Iy Ix A m m m4 m4 m2 21.68 3.00 2963.09 51.3 68.4 - Các thông số kỹ thuật trụ: + Cường độ thép fy = 420.00MPa + Mô đun đàn hồi thép Es = 200000Mpa + Cường độ bê tông fc = 30.00 Mpa + Trọng lượng riêng bê tông γc = 25.00 kN/m3 + Mô đun đàn hồi bê tông Ec = 29440.09Mpa 6.5.3.2.Bố trí cốt thép kiểm tốn mặt cắt - Cơng thức kiểm tốn: (5.7.4.5-1) Trong Po = 0,85f'c(Ag-Ast) + fyAst SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 (5.7.4.5-2) Page 172 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Prxy = Sức kháng dọc trục tính tốn uốn theo hai phương (N) Pry = Sức kháng dọc trục tính tốn xác định sở tồn độ lệch tâm ex (N) Prx = Sức kháng dọc trục tính tốn xác định sở tồn độ lệch tâm ey (N) Cường độ chịu lực dọc trục tính tốn : Pr = Pn Đối với cấu kiện có cốt thép đai: Pr =0.75 0.8(0.85f’C(Ag-AS)+fyAS) Bố trí cốt thép theo phương x: Ta bố trí D32 với khoảng cách a=20cm Bố trí cốt thép theo phương y: Ta bố trí D32 với khoảng cách a=20cm Kết bảng sau: Đại lượng Ag(m2) n As(mm2) P(N) Pry 68.4 1141 917181 1263616847 Prx 68.4 151 121380 1075250608 Po 68.4 237 Prxy 190510 1091613736 379151257 Ta thấy :Prxy = 379151257N=379151.257KN > PTT = 20779.81kN Kết luận: Đạt 6.5.3.3.Kiểm toán khả chịu cắt tiết diện Chọn cốt đai có D16 bước cốt đai s=20cm - Theo phương y: Hạng mục Phơng dọc Y dvy Chiều cao chịu cắt hữu hiệu theo phương Y Vuy Lực cắt tính toán theo phơng Y sy Cự ly cốt thép ngang theo phơng Y Diện tích cốt đai chịu cắt cự ly sy Vcy Sức kháng danh định bê tông Vsy Sức kháng cắt cốt thép chịu cắt Vn2 Một giá trị Vn = min(Vn1,Vn2) Vn = min(Vc + Vs,0.25 f'c bv dv) Vry Sức kháng cắt cấu kiện Vr = f Vn Kí hiệu dvy Vuy sy Avy Vcy Vsy 0.25 f'c bv dv Vny Vry Giá trị Đơn vị 2880.00 8790.6 600.0 760.2 32198.2 1535.0 266893.8 33733.2 30359.9 mm kN mm mm2 kN kN kN kN kN - Theo phương X: Hạng mục SVTH: NGUYỄN VĂN TỒN ; MSSV: 80902034 Kí hiệu Giá trị Đơn vị Page 173 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Phơng ngang X f dvx b q Hệ số sức kháng Chiều cao chịu cắt hữu hiệu theo phơng X Hệ số khả bê tông bị nứt chéo Góc nghiêng ứng suất nén chéo Góc nghiêng cốt thép ngang với trục a dọc Vux Lực cắt tính tốn theo phơng X sx Cự ly cốt thép ngang theo phơng X Avx Diện tích cốt đai chịu cắt cự ly sx Vcx Sức kháng danh định bê tông Vsx Sức kháng cắt cốt thép chịu cắt Vn2 Một giá trị Vn = min(Vn1,Vn2) Vn = min(Vc + Vs, 0.25 f'c bv dv) Vrx Sức kháng cắt cấu kiện Vr = f Vn f dvx b q a 0.90 12236.19 mm 2.00 45.00 độ 90.00 độ Vux 1092.87 kN sx 100.00 mm Avx 1986.00 mm2 Vcx 33376.16 kN Vsx 102227.10 kN 0.25 f'c bv dv 275314.4 kN Vnx 135603.3 kN Vrx 122042.9 kN Bảng kiểm toán khả chống cắt theo TTGH: TTGH Vux Dọc cầu Vrx kN 5665.45 8790.55 1779.91 7278.87 kN 30359.91 30359.91 30359.91 30359.91 Các tổ hợp Sử dụng Cườngđộ I Cườngđộ II Cườngđộ III Ngang cầu Kiểm tra Vuy Vry Kiểm tra Vry>Vuy Vrx>Vux kN kN OK 785.26 122042.93 OK OK 959.67 122042.93 OK OK 1092.87 122042.93 OK OK 1001.55 122042.93 OK Kết luận: Mặt cắt đủ khả chịu cắt theo trạng thái giới hạn 6.5.3.4.Kiểm toán khả chống nứt mặt cắt Sử dụng TTGH sử dụng để tính tốn : - Theo phương dọc cầu: Mtcmax= 8387,34 KNm n 7.0 α (%) 0.30 k j 0.83 0.72 Ms As fs 0.6 fy fsa Kiểm tra KNm mm MPa MPa MPa fs < 0.6 fy fs < fsa OK OK 50796.28 111188.00 215.25 252.00 448.14 Kiểm tra ứng suất sử dụng cốt thép chịu kéo : Ta có fs =215.25Mpa < 0,6.fy = 252.00 Mpa => Đạt Ta có fs =215.25Mpa < fsa = 448.14Mpa => Đạt Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu chống nứt - Theo phương ngang cầu: Mtcmax= 50796,28KNm SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 174 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG n α k (%) 7.0 0.10 0.67 j 0.78 GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Ms As fs 0.6 fy fsa KNm mm2 MPa MPa MPa 8387.34 34944.8 25.12 252.00 248.64 Kiểm tra fs < 0.6 fy fs < fsa OK OK Kiểm tra ứng suất sử dụng cốt thép chịu kéo : Ta có fsa = 25.12Mpa < 0,6.fy = 252.00 Mpa => Đạt Ta có fs = 25.12Mpa < fsa = 248.64Mpa => Đạt Kết luận : Mặt cắt đảm bảo khả chịu chống nứt 6.5.4 – TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP TẠI MẶT CẮT III – III(MẶT CẮT ĐÁY BỆ) 6.5.4.1.Kiểm toán cấu kiện chịu uốn a.Theo phương ngang cầu: Tổ hợp dùng để kiêm tra cường độ: Mx = 8387.34 kNm N = 99424.41 kN Sức kháng uốn cấu kiện Mr = Þ Mn Trong đó: Þ : Hệ số sức kháng, Þ = 0.90 As : Diện tích cốt thép thường chịu kéo, chọn D32 @200mm, As = 60359,2 mm2 A's : Diện tích cốt thép thường chịu nén, chọn D32 @200mm, A's = 60359,2 mm2 fy : Giới hạn chảy quy định cốt thép, fy = 420.00 MPa f'y : Giới hạn chảy quy định cốt thép chịu nén, f'y = 420.00 MPa ds : Khoảng cách từ tâm cốt thép chịu kéo đến mép chịu nén, ds = 23190 mm d's : Khoảng cách từ tâm cốt thép chịu nén đến mép chịu kéo, d's = 60 mm 1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất, 1 = 0.835 c a : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén, c =90.00 mm : Chiều dày khối ứng suất tương đương, a = 75.21mm Mn : Sức kháng danh định (N.mm), Thay số ta được: Mn = 305553.40 kNm Mr : Sức kháng tính tốn, Mr = 274998.04 kNm Kiểm tra khả chịu lực : Mr > Mx Đạt b.Theo phương dọc cầu: Tổ hợp dùng để kiêm tra Cườngđộ III My = N = 154681.19 99424.41 kNm kN Sức kháng uốn cấu kiện : SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 175 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Mr = Þ M n Trong đó: As : Diện tích cốt thép thường chịu kéo, chọn 228 D32, As = 104834.4mm2 A's : Diện tích cốt thép thường chịu nén, chọn 228 D32, A's = 104834.4mm2 ds : Khoảng cách từ tâm cốt thép chịu kéo đến mép chịu nén, ds = 11940 mm d's : Khoảng cách từ tâm cốt thép chịu nén đến mép chịu kéo, d's = 60 mm c : Khoảng cách từ trục trung hoà đến mặt chịu nén, c = 174.36 mm a : Chiều dày khối ứng suất tương đương, a = 145.71mm Mn : Sức kháng danh định (N.mm), Thay số ta được: Mn = 830736 kNm Mr : Sức kháng tính tốn, Mr = 747662.4 kNm Kiểm tra khả chịu lực : Mr > My  Đạt 6.5.4.2.Kiểm toán khả chịu cắt tiết diên Bố trí cốt thép đai có đường kính D8 với khoảng cách @=200mm Khi ta có: - Theo phương dọc cầu: Các đại lượng kiểm toán theo phương Y Kí hiệu Giá trị Hệ số sức kháng Þ 0.90 Chiều cao chịu cắt hữu hiệu theo phương Y dvy 19486.19 Hệ số khả bê tơng bị nứt chéo ß 2.00 Góc nghiêng ứng suất nén chéo q 45.00 độ Góc nghiêng cốt thép ngang với trục dọc α 90.00 độ Vuy 1092.87 kN Cự ly cốt thép ngang theo phương Y sy 100.00 mm Diện tích cốt thép chịu cắt sy Avy 1986.00 mm2 Sức kháng cắt danh định bê tông Vcy 212606.72 kN Sức kháng cắt cốt thép chịu cắt Vsy 162797.11 kN 0.25 f'c bv dv 1753757.5 kN Vn = min(Vc + Vs, 0.25 f'c bv dv) Vny 375403.8 kN Sức kháng cắt cấu kiện Vr = Þ Vn Vry 337863.5 Đạt kN Lực cắt tính tốn theo phương Y Một giái trị Vn = min(Vn1,Vn2) Kiểm toán Vry> Vuy Đơn vị mm - Theo phương ngang cầu: Các đại lượng kiểm toán theo phương X Ký hiệu Giá trị Hệ số sức kháng Þ 0.9 Chiều cao chịu cắt hữu hiệu theo phương X dvx 7200 SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Đơn vị mm Page 176 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Hệ số khả bê tông bị nứt chéo ß Góc nghiêng ứng suất nén chéo q 45 độ Góc nghiêng cốt thép ngang với trục dọc α 90 độ Vux 444.4 kN sx 200 mm Diện tích cốt thép chịu cắt sx Avx 100.53 mm2 Sức kháng danh định bê tông Vcx 90012725.1 kN Sức kháng cắt cốt thép chịu cắt Vsy 1520028.19 kN 0.25 f'c bv dv 742500 kN Vn = min(Vc + Vs, 0.25 f'c bv dv) Vnx 742500 kN Sức kháng cắt cấu kiện Vr = Þ Vn Vrx 668250 kN Lực cắt tính tốn theo phương X Cự ly cốt thép ngang theo phương X Một giá trị Vn = min(Vn1,Vn2) Kiểm toán Vrx> Vux Đạt 6.5.4.3.Kiểm toán nứt TTGH SD - Momen tính tốn với trục X: Mx= 101087.19kN - Momen tính tốn trục Y: My= 8387.34kN Căn vào cơng thức kiểm tốn trình bày ta có: - Kiểm tốn nứt theo phương X: n α k j (%) - Ms As KNm m2 7.0 fs 0.04 0.6 fy 0.54 fsa 0.82 101087.19 Kiểm tra 0.104834 Mpa Mpa Mpa fs < 0.6 fy fs < fsa 98.38 252.00 282.31 Đạt Đạt j Ms As KNm m2 Kiểm toán nứt theo phương Y: n α k (%) 7.0 fs 0.03 0.6 fy 0.45 fsa 0.85 Mpa Mpa Mpa fs < 0.6 fy fs < fsa Đạt Đạt 8.35 252.00 213.04 6.6 – TÍNH TỐN CỌC KHOAN NHỒI 8387.34 Kiểm tra 0.060359 6.6.1– TÍNH NỘI LỰC CỌC DO TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG DỌC CẦU Đường kính D =1.5 m a =0.12 m Chiều dài L =40 m Diện tích F =1.767 m2 SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 177 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG Chu vi U =4.712 m Mơmen qn tính I =0.1104m4 Chiều rộng tính tốn cọc: Hệ số GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY att = 0.9(D+1) att=0.9*(1.5+1)=2.25 Hệ số độ cứng Chiều sâu m h (m) α=matt/EI)1/5 (kN/m ) 5000 0.322 40 Do htd> 2.5, nên ta tính tốn cọc có độ cứng hạn chế htd = Δh (m) 12.88 6.6.1.1 Sơ đồ khung phẳng dọc: Số hàng cọc ( số khung phẳng) n = hàng Tải trọng tác dụng lên khung phẳng: V (KN) 6808 H (KN) 2555 M (KN.m) 33141 Hàm số ảnh hưởng: Hàm số ảnh hưởng thay đổi theo chiều sâu ztd=α.z z(m) 40 α 0.3220 α.z(m) 12.879 ztđ(m) A1 -5.853 A2 -6.533 A3 -1.614 A4 9.244 z(m) 40 α 0.3220 α z(m) 12.879 zt®(m) B1 -5.941 B2 -12.159 B3 -11.737 B4 -0.388 z(m) 40 α 0.3220 α z(m) 12.879 ztđ(m) C1 -0.927 C2 -10.609 C3 -17.921 C4 -15.623 z(m) 40 α 0.3220 α z(m) 12.879 ztđ(m) D1 4.548 D2 -3.767 D3 -15.076 D4 -23.145 Chuyển vị đầu cọc: δHH - chuyển vị ngang đầu cọc gây H = δHM - góc quay đầu cọc gây H = δMH - chuyển vị ngang đầu cọc gây M = δMM - góc quay đầu cọc gây M = δPP - chuyển vị thẳng đứng đầu cọc gây V = Cơng thức tính tốn: SVTH: NGUYỄN VĂN TỒN ; MSSV: 80902034 Page 178 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG  HH  GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY B3 D4  B4 D3   K h B2 D4  B4 D2   EI  A3 B4  A4 B3   K h  A2 B4  A4 B2   HM   MH   A3 D4  A4 D3   K h  A2 D4  A4 D2   EI  A3 B4  A4 B3   K h  A2 B4  A4 B2   A3C4  A4C3   K h A2C4  A4C2  EI  A3 B4  A4 B3   K h A2 B4  A4 B2  k Dh h h   n   EF Ch Fh EF 5.m.h.Fh  MM   PP α 0.322 E.I (kN.m2) 3251558.057 Kh δHH (m) δHM (m) δMH (m) δMM (m) δPP (m) 0.0000224 0.0000048 0.0000048 0.0000017 0.0000016 Chuyển vị đáy bệ:  MH    MH  HH  MM   MH  PP   PP  MM   HH  HH  MM   MH  HM    HM  HH  MM   MH Ta kết sau: δHH (kN) 115906.82 ρHM (kN) -333296.26 ρMH (kN) -333296.26 ρMM (kN) 1556903.76 ρPP (kN) 618165.97 Từ hệ phương trình: rvv V+ rvu U+ rvω ω- P = ruv V+ ruu U+ ruωω- H = rv V+ ru U+ rww ω - M =0 Móng gồm cọc thẳng đứng, thì: rvu = ruv = rvω = rvv = ΣρPP ruu = ΣρHH rωω = ΣρMM + Σx2ρPP ruω = ΣρHM Ta có: Số cọc Khoảng cách rvv mặt phẳng (m) 4.5 3512026.99 ruu rωω ruω 695440.92 33047604.76 -1999777.58 Giải hệ phương trình ta được: SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 179 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG v GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY V rvv u r H  ru M ruu r  ru2  ruu M  ru H ruu r  ru2 Kết sau: V (kN) 6808.14 Chuyển vị đáy bệ M v (kN.m) (m) 33141.47 0.0018 H (kN) 2554.77 u (m) 0.0092 α (rad) 0.0019 Nội lực cọc: Nội lực dọc trục cọc i: Lực cắt đầu cọc i: Momen uốn đầu cọc i: Ni = (v + ρ.xi)ρiPP Qi = u.ρiHH + ωρiHM Mi = ωρiMM + u.ρiMH Kết sau: Cọc No v (m) 0.0018 0.0018 u (m) 0.0092 0.0092 nội lực cọc α Ni (rad) (kN) 0.0019 5608.94 0.0019 3339.56 Qi (kN) 425.79 425.79 Mi (kNm) 69.23 69.23 6.6.1.2 Sơ đồ cọc đơn: Lực tác dụng lên cọc đơn: Vo(KN) 5608.94 Ho(kN) 425.79 Mo(kNm) 69.23 Chuyển vị đầu cọc: + Chuyển vị ngang đầu cọc tính tốn theo cơng thức: + Góc quay tính tốn theo cơng thức: Yo Yo = Ho.δHH + Mo.δHM αo αo = -(Ho.ρMH + Mo.ρMM) 0.00989 m = -0.0022 rad Momen uốn cọc: ( PHỤ LỤC C) Lực cắt cọc: ( PHỤ LỤC C) SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 Page 180 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY 6.6.2 KIỂM TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN Ta có lực dọc trục lớn cọc Nmax= 5608.94 (KN) Trọng lượng cọc: Qcọc = 1733.57 (KN) Sức chịu tải cọc: [P]= 10692 (KN) Vậy Nmax + Qcọc= 7342.51(KN) < [P]=10692 (kN): Đạt 6.6.3 KIỂM TOÁN CỌC THEO VẬT LIỆU: Đường kính cọc D = 1.5 m Diện tích mặt cắt ngang cọc A = 1.767 m2 Quy đổi cọc trịn hình vng có diện tích, có cạnh =1329 mm Nội lực lớn cọc: Mmax = 892.35 KNm Qmax = 246.61 KN Bố trí 24 No32, diện tích 804 mm2 a) Kiểm tốn sức kháng uốn Mơ tả • Bề rộng mặt cắt • Chiều sâu mặt cắt • Chiều dày lớp bảo vệ có hiệu • Chiều sâu từ thớ chịu nén đến TT cốt thép • Đường kính cốt thép • Số lượng • Tổng diện tính cốt thép • Hệ số khối ứng suất chữ nhật • Khoảng cách từ thớ chịu nén đến trục trung hịa • Chiều sâu khối chữ nhật ứng suất • Sức kháng uốn tính tốn • Mụmen uốn tính tốn mặt cắt Kiểm tra Mơmen tính tốn FMn > Mu • Lượng cốt thép lớn Kiểm tra lượng cốt thép lớn • Mơ đun tĩnh mặt cắt • 1.2 Mcr Kiểm tra momen nứt • Tỉ số cốt thép • Tỉ số FMn / Mu Kiểm tra lượng cốt thộp nhỏ (FMn/Mu > 1.33) b) Giá trị b h dsc ds Þ Đơn vị 1329 mm 1329 mm 50 mm 1263 mm 32 mm 24 As 19301,95 mm2 ß1 0.836 c 238.39 mm a 199.29 mm φMn 7075.39 kNm Mu 1067.75 kNm OK c/de 0.189 OK S 391523062 mm3 1621.21186kNm Mr>1.2Mcr OK ρmin 0.00910222 φMn/Mu 6.626 OK Kiểm toán sức kháng cắt: • Tổng lực cắt tính tốn • Chiều sâu có hiệu Vu dv SVTH: NGUYỄN VĂN TỒN ; MSSV: 80902034 425.8 1137 kN mm Page 181 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG • Góc • Bề rộng bụng hữu hiệu • Giá trị • Đường kính • Bước cốt đai • Diện tích cốt thép • Khả chịu cắt CT • Khả chịu cắt BT • Vs+Vc • 0.25*fc*bv*dv • Sức khỏng cắt tính tốn • Kiểm tra q bv b Ds s Av Vs Vc fVn SVTH: NGUYỄN VĂN TỒN ; MSSV: 80902034 GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY 45 1329 22 150 380 1210.20 1374.26 2584 11336.01 2326 OK o mm mm mm mm2 kN kN kN kN kN Page 182 ... MẶT KẾT CẤU VÀ VẺ ĐẸP KHÔNG GIAN CỦA CẦU EXTRADOSED NÊN TA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐỂ THIẾT KẾ KỸ THUẬT PHẦN B: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CẦU EXTRADOSED CHƯƠNG I: THIẾT KẾ LAN CAN- GỜ CHẮN BÁNH XE 1.1 Sơ đồ tính... phương án - Ưu điểm: + Ưu điểm bật cầu Extradosed( cầu dầm cáp hỗn hợp) mặt kết cấu:kết hợp kết cấu cầu dầm cứng cầu dây văng phát huy ưu điểm hai loại kết cầu Trên quan điểm kết cấu, cầu dầm... 31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG SVTH: NGUYỄN VĂN TOÀN ; MSSV: 80902034 GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY Page 32 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG GVHD: PGS.TS LÊ THỊ BÍCH THỦY CHƯƠNG THIẾT KẾ