BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -o0o - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TÊN ĐỀ TI nghiên cứu dạng kết cấu nhịp cầu công nghệ thi công cho vùng huyện đảo phú quốc Ngành : Xây dựng cơng trình giao thơng Chun ngành : Xây dựng Cầu Hầm Khóa 18 Mó ngành : 60.58.25 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN CAO HỌC PGS.TS Nguyễn Ngọc Long Đoàn Văn Tiến HÀ NỘI, THÁNG NĂM 2012 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG HUYỆN ĐẢO PHÚ QUỐC VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA 1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội Phú Quốc 1.2 Định hướng phát triển hệ thống hạ tầng kỹ thuật 20 1.3 Hiện trạng cầu đảo CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC DẠNG CƠNG TRÌNH CẦU XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM 33 2.1 Tổng quan dạng kết cấu nhịp cầu xây dựng Việt Nam 33 2.1.1 Sự phát triển dạng kêt cấu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp giản đơn 33 2.1.2 Sự phát triển dạng kêt cấu thép , thép liên hợp bê tông cốt thép 44 2.1.3 Sự phát triển dạng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực độ lớn 2.2 Nghiên cứu dạng trụ cầu 56 2.3 Tổng quan cơng nghệ lao lắp dầm giản đơn cơng trình cầu xây dựng Việt Nam 61 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT, LỰA CHỌN DẠNG KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN Ở PHÚ QUỐC 65 3.1 Ảnh hưởng điều kiện tự nhiên đến lựa chọn kết cấu cơng trình 65 3.1.1 Điều kiện khí hậu ảnh hưởng đến tuổi thọ bền vững cơng trình 65 3.1.2 Điều kiện địa hình, thủy văn ảnh hưởng đến lựa chọn kết cấu cơng trình 69 3.2 Đề xuất lựa chọn dạng kết cấu cầu phù hợp với điều kiện Phú Quốc 3.2.1 Các tiêu chí lựa chọn phương án kết cấu cầu 71 3.2.2 Những u cầu tính tốn theo 22TCN272-05 71 3.2.3 Phân tích lựa chọn kích thước dầm giản đơn BTCT DƯL 3.2.4 Phân tích, đánh giá vấn đề kinh tế - kỹ thuËt cho phương án kết cấu lắp ghép 92 3.3 Đề xuất biện pháp thi công phù hợp với điều kiện Phú Quốc KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 Kết luận 106 Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHỤ LỤC: CÁC BẢNG TÍNH DM BTCT DL Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật PHN MỞ ĐẦU SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Trong năm gần thực đường lối đổi mới, Chính phủ Việt Nam tập trung đầu tư mạnh mẽ sở hạ tầng giao thông vận tải, đặc biệt cho kết cấu hạ tầng giao thông vận tải đường Nhiều tuyến đường xây dựng nâng cấp phục vụ giao thơng vận tải thơng suốt, đẩy mạnh cơng nghiệp hố - đại hoá với tiêu chuẩn kỷ thuật cao công nghệ tiên tiến Được đầu tư Chính phủ nguồn vốn nước, vốn vay nước tổ chức quốc tế, hệ thống kết cấu hạ tầng Việt Nam có bước phát triển đáng kể: Xây dựng gần 2.000km đường, khôi phục nâng cấp 4.000km Quốc lộ quan trọng, xây dựng nhiều cầu lớn với quy mô vĩnh cữu, đại, nâng cấp hàng chục nghìn km đường giao thơng nơng thơn Các cơng trình đưa vào khai thác phát huy hiệu góp phần làm tăng trưởng kinh tế quốc dân Đảo Phú Quốc vào vị trí tiền tiêu phía Tây Nam Tổ quốc, vừa có tiềm phát triển kinh tế to lớn, vừa có vị trí qn đặc biệt quan trọng chiến lược phòng thủ đất nước: - Ưu tiên cho phát triển kinh tế - xã hội bền vững gắn với giữ gìn cảnh quan môi trường sinh thái Tập trung sức xây dựng phát triển đảo Phú Quốc theo kế hoạch bước thích hợp thành Trung tâm du lịch, nghỉ dưỡng, giao thương quốc tế lớn, đại Vùng đồng sơng Cửu Long, phía Tây Nam đất nước bước hình thành Trung tâm du lịch, giao thương mang tầm cỡ khu vực, quốc tế - Phát triển đảo Phú Quốc phải gắn với yêu cầu bảo đảm quốc phòng, an ninh Đảo nước - Phát triển đảo Phú Quốc phải gắn kết có phối hợp chặt chẽ với Vùng đồng sơng Cửu Long, thành phố Hồ Chí Minh mối quan hệ khu vực Đông Nam Phát triển đảo Phú Quốc để thúc đẩy phát triển Vùng đồng sông Cửu Long nước Từ định hướng nêu trên, năm qua huyện đảo Phú Quốc Trung ương, Tỉnh đặc biệt quan tâm, đạo phát triển KT-XH gắn chặt đảm bảo QP-AN; giai đoạn đầu tập trung cho phát triển hạ tầng giao thông đảo Tuy nhiên huyện đảo cách xa đất liền nên loại vật liệu xây dựng loại thiết bị để phục vụ cho công tác xây dựng đảo phải chuyển từ đất liền ra, chi phí vận chuyển vật liệu xây dựng đến đảo thường có giá thành cao gấp hai lần giá đất liền; ảnh hưởng ln giỏ thnh cụng trỡnh onVnTin Trang Luận văn Th¹c sü Kü tht Trong vài năm tới việc tập trung đầu tư hạ tầng giao thông đảo lớn, có việc đầu tư hàng trăm cầu tuyến đường Do đó, đòi hỏi cần nghiên cứu đánh giá dạng kết cấu nhịp cầu công nghệ thi công cho cơng trình cầu nằm tuyến đường cho vùng huyện đảo Phú Quốc mặt: ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng; đồng thời áp dụng sử dụng cách hiệu hợp lý vấn đề cấp thiết Vì nội dung đề tài: “nghiên cứu dạng kết cấu nhịp cầu công nghệ thi công cho vùng huyện Đảo Phú Quốc” cần thiết góp phần hồn thiện quy hoạch giao thông tổng thể huyện đảo Phú Quốc MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài: “Nghiên cứu dạng kết cấu nhịp cầu công nghệ thi công cho vùng huyện Đảo Phú Quốc” bao gồm vấn đề sau: + Nghiên cứu đánh giá dạng kết cấu nhịp công nghệ thi cơng thường sử dụng cơng trình nước + Đề xuất dạng kết cấu cầu công nghệ thi công phù hợp để áp dụng cho vùng huyện đảo Phú Quốc ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Hệ thống giao thông đường địa bàn huyện đảo Phú Quốc PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu phương pháp lý thuyết kết hợp với đề tài thực tiễn, đề giải pháp kết cấu cho phù hợp với điều kiện Phú Quốc NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Kết cấu luận văn gồm chương sau: Mở đầu Chương I Tình hình phát triển mạng lưới giao thơng vấn đề đặt Chương II Nghiên cứu dạng kết cấu cơng trình cầu xây dựng Việt Nam Chương III Đề xuất, lựa chọn dạng kết cấu cầu công nghệ thi công phù hợp với điều kiện Phú Quốc Kết luận v kin ngh onVnTin Trang Luận văn Thạc sỹ Kü thuËt CHƯƠNG I TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội Phú Quốc 1.1-Điều kiện tự nhiên 1.1.1- Vị trí địa lý Đảo Phú Quốc nằm vùng biển Tây Việt Nam, thuộc tỉnh Kiên Giang, vùng ĐBSCL Vị trí đảo có toạ độ địa lý từ 10 o0030 đến 10 o0000 vĩ độ Bắc 103 o5030 đến 104o0513 kinh độ Đơng Đảo có vị trí trung tâm vùng Đơng Nam Á, cách TP Hồ Chí Minh, Phnơm Pênh, Bankok, Singapore, Kuala Lumpur khoảng bay; cách Rạch Giá khoảng 120 Km, cách Hà Tiên 46 Km, cách bờ biển Campuchia khoảng 18 Km, cách đường lãnh hải Campuchia - Việt Nam 4,5km Hình – Vị trí đảo Phú Quốc vùng Đơng Nam Á onVnTin Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hỡnh – Vị trí đảo Phú Quốc vùng quốc gia onVnTin Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hình – Vị trí đảo Phú Quốc vùng Nam B onVnTin Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ tht Hình – Vị trí đảo Phú Quốc vùng Tỉnh Kiên Giang 1.1.2- Khí hậu Phú Quốc nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo bị chi phối mạnh quy luật biển nên khí hậu ơn hịa so với đất liền thích hợp cho nghỉ ngơi du lịch Nhiệt độ đảo cao năm, trung bình khoảng 27,1 C Tháng tư tháng nóng mức trung bình 28,3 0C Tháng có nhiệt độ thấp nhất, khoảng 250C Phú Quốc đảo có nhiều nắng Số nắng khoảng 1.445 giờ/năm, bình qn có từ - nắng ngày Điều kiện khiến Phú Quốc trở nên hấp dẫn du lịch biển Lượng mưa bình quân đảo Phú Quốc lớn, khoảng 3000 mm Đây điều kiện thuận lợi để xây dựng hồ đập, tích nước phục vụ nhu cầu thị du lịch Tuy nhiên, phân bố mưa năm khắc nghiệt: 90% lượng mưa tập trung vào mùa mưa kéo dài tháng (kéo dài tỉnh vùng ĐBSCL); tháng từ táng 12 đến tháng lượng mưa Điều kiện địi hỏi việc tính tốn hồ đập để dự trữ nước cho tháng mùa khơ Có hướng gió thay đổi năm: Gió mùa Đơng Bắc thịnh hành từ tháng 11 đến tháng năm sau (mùa khơ), tốc độ gió trung bình biến đổi từ 2,8 - 4,0m/s; Gió Tây Nam thịnh hành vào mùa mưa từ tháng tới tháng 10 Tốc độ gió trung bình biến đổi từ 3,0 - 5,1m/s Gió mạnh thường xảy vào tháng - 8, vận tốc gió tuyết đối lên tới 31,7m/s Theo số nghiên cứu gần đây, có gió quanh năm nên Phú Quốc xây dựng trạm phát điện lượng gió đủ cung cấp cho vài ngàn dân trạm Ngồi ra, vào mùa gió mạnh tổ chức thi lướt sóng số khu vực bãi biển Phú Quốc Tuy nhiên gió mạnh làm ảnh hưởng lại tàu thuyền ĐoànVănTiến Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hỡnh – Sơ đồ phân tích hướng tần xuất gió ĐồnVănTiến Trang Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 428 699 367 = 630 750 870 442 383 247 - Thư lÇn thø hai : Tỉng sè tao = 33 Trọng tâm hàng cáp số tới thớ dầm 45 mm x 16 Trọng tâm hàng cáp số tíi thí díi dÇm 90 mm x 14 Träng tâm hàng cáp số tới thớ dầm 660 mm x Trọng tâm tất tao cáp tới thớ dầm 120 mm Trọng tâm tất tao cáp tới trọng tâm dầm 247 mm Tổng c¸c mÊt m¸t øng suÊt = 257 Mpa MÊt m¸t co ngắn đàn hồi bê tông bé phËn kÐo tríc ph¶i lÊy b»ng: DfpES = (Ep/Eci) fcgp ứng suất bê tông trọng tâm bã c¸p Pi = n Aps fpi = 4,2E+06 = 4,241 fps = Pi / Ago + Pi x eo2 / Igo = 16,703 fd0g = Md0 eo / Igo = -4,511 fcgp = fd0g + fps = 12,192 tao tao tao N MN Mpa Mpa Mpa MÊt m¸t co ngắn đàn hồi (Ep/Eci )fcgp = 76 MPa Tổng mÊt m¸t øng suÊt = 333 MPa Lùc dù øng lùc : P = n Aps(0.7fpu-LOSS) = n x Aps x (0.7 x fpu - tỉng mÊt m¸t) = n x 95652,19455 N = n x 0,095652195 MN TÝnh : P/Ago + P eo/Sb = 17,064 Mpa = n x 4,68E-01 n = 36,4 tao Chän: n = 33 tao 14 Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 5.5 ứng suất giai đoạn khai thác Lực căng tao cáp (0.75fpu): = 137,7 kN Hiệu lực P/S sau tất mát : Pe =n Aps(0.75fpu-LOSS) = 3,5E+06 N= 3,459 MN ứng suất thớ dầm nhịp ứng suất trước fpe' = Pe / Ago + Mpe / St = -3,79 Mpa ø ng suất cuối thớ dầm: ứng suất tải trọng thường xuyên lực dự ứng lực fg(top) = 8,744 Mpa Cho dầm biên ứng suất tất tải trọng lực dự ứng lực fg(top) = 13,439 Mpa Cho dầm biên ứng suất nén giới hạn tổ hợp tải trọng sử dụng I Do tải träng thêng xuyªn: fc =0.45 f'c = 18 Mpa > Do tải trọng thường xuyên tải trọng xe: fc = 0.60 f'c = 24 Mpa > ø ng suÊt tríc thí díi dÇm dù øng lùc : fpe = Pe / Ago + Mpe / Sb = 16,942 Mpa ứng suất kéo giới hạn tổ hợp tải träng sư dơng III ft = - 0.50 f'c = -3,162 Mpa ứng suất thớ dầm tất tải trọng lực dự ứng lực : fg(b) = -0,122 MPa Bảng ứng suất nhịp dầm biên Thí trªn (Mpa) 8,744 Mpa OK ! 13,439 Mpa OK ! Dầm biên Thớ (Mpa) Tĩnh tải - Dầm - Bản mặt cầu+BT lấp - Gờ chân lan can - Tay vịn - Tạo dốc+Asphal 6,980 3,179 1,974 0,161 0,241 4,695 -3,792 Hoạt tải dự ứng lực Giai đoạn I (øng suÊt tù träng + 3,188 dù øng lực) Giai đoạn II(ứng suất tất tải trọng ) 13,439 Kiểm tra: ứng suất cho phép Giai đoạn I (øng suÊt tù träng+dù øng lùc) -3,162 Check OK! Giai đoạn II (ứng suất tất tải träng ) 24 Check OK! -6,700 -3,051 -2,041 -0,167 -0,250 -4,855 16,942 10,242 -0,122 18,000 OK! -3,162 OK! 15 Dù án: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 5.6 ứng suất thời điểm cắt thép Dự ứng lực thừa nhận biến đổi tuyến tính từ đầu tao cáp đến giá trị lớn cuối chiều dài truyền øng st ChiỊu dµi trun øng st cã thĨ lÊy b»ng 60 x (®êng kÝnh tao) D= 762 mm ®êng kính tao = 12,7 mm 5.6.1 Xác định mát ứng suất điểm truyền Mất mát ứng suất điểm truyền bao gồm co ngắn đàn hồi bê tông tự chùng tao cáp 5.6.2 Mất mát co ngắn đàn hồi Mất mát co ngắn đàn hồi bê tông cấu kiện øng st tríc ph¶i lÊy b»ng: DfpES = (Ep/Eci) fcgp Cường độ bê tông truyền ứng suất : f'ci = 36 Mpa Modul đàn hồi bê tông : Eci = 31287 Mpa Modul đàn hồi thép : Ep = 195000 Mpa fcgp = Tổng ứng suất bê tông lực dự ứng lực trọng lượng thân trọng tâm tao cáp mặt cắt mômen lớn §èi víi c¸c cÊu kiƯn kÐo tríc cđa thiÕt kÕ thông thường fcgp tính sở ứng suất thép ứng suất trước lấy 0.70fpu cho thÐp tù trïng thÊp fpi = 0.7 fpu = 1302 Mpa Pi = n Aps fpi = 4241173,9 N = 4,2411739 MN fps = Pi / Ago + Pi x eo2 / Ig = 16,7033 Mpa fd0g = Md0 eo / Igo fcgp = fd0g + fps = = Mất mát co ngắn đàn hồi (Ep/Eci )fcgp -4,511 12,192 Mpa Mpa 76 Mpa = 5.6.3 MÊt m¸t cèt thÐp tù chïng Dfpr1 = Log(24 t)/40.0 (fpj/fpy-0.55) fpj tù chïng thÊp fpj = 0.75 fpu = 1395 Mpa fpy = 0.90 fpu = 1674 Mpa Thời gian để bê tông đạt f'ci = 36Mpa giả thiết khoảng 12 Các tao cáp căng thời gian ngắn trước đổ bê tông lực dự ứng lực truyền cho bê tông thời gian ngắn sau cắt thời gian xấp xỉ ngày hợp lý tính mát ứng suất tự trùng cốt thép điểm truyền t= ngày Dfpr1 = 13,6 Mpa 5.6.4 Tỉng céng mÊt m¸t Dfpt = DfpES + Dfpr1 = 89,6 Mpa 16 Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 5.6.5 ứng suất bê tông điểm truyền cách gối khoảng "D" 20 tao bọc đầu (tại điểm truyền ứng suất ) Trọng tâm tao cáp tới thớ dầm 45 Trọng tâm tao cáp tới thớ dầm 90 Trọng tâm tao cáp tới thớ dầm 660 Trọng tâm tất tao cáp tới thớ dầm 208 Trọng tâm tất tao cáp tới trọng tâm dầm 160 Lực dự ứng lực điểm trun =( n-20) Aps (0.7 fpu -LOSS) Tỉng lùc dù øng lùc , Pj = Lùc cho tao, P/n = ứng suất trọng lượng dầm: Mg = Thớ trªn, Mg / St = Thí díi, Mg / Sb = ứng suất dự ứng lực thớ dÇm: fp = Pj/Ago + Mpj/St = -0,020 Mpa mm mm mm mm mm x x x 1675092,4 128853,26 86053275 1,064 -1,021 e= ứng suất cuối thớ dầm: fg(top) = 1,044 Mpa Giíi h¹n øng st kÐo diƯn tÝch cèt thÐp dÝnh b¸m: fti = -0.5 (f'ci) = -3,000 Mpa øng suÊt dù øng lùc thớ dầm: fp = Pj/Ago - Mpj/Sb = 6,460 Mpa øng st ci cïng thí díi dÇm: fg(bot) = 5,439 Mpa Giíi h¹n øng st nÐn cÊu kiƯn øng st tríc : fci = 0.60f'ci = 21,6 MPa > Strands Strands Strands N N N.mm Mpa Mpa Khoảng cách đến gối "D" 762 mm 160 mm 5,439 OK ! Bảng ứng suất cách gối khoảng "D" Do trọng lượng thân Do ứng suÊt tríc S øng suÊt cho phÐp As= mm2 Thí trªn (Mpa) 1,064 -0,020 1,044 -3,000 OK ! OK! => Dïng f16 Thí díi (Mpa) -1,021 6,460 5,439 21,6 OK! 17 Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 5.6.6 ứng suất bê tông cách gối "1.0 + D" 10 tao bọc đầu (tại điểm trun øng st +1.0m ) Tỉng lùc dù øng lùc , Pj = ứng suất trọng lượng dầm: Mg = Thí trªn, Mg / St = Thí díi, Mg / Sb = øng suÊt dù øng lùc t¹i thớ dầm: fp = Pj/Ago + Mpj/St = ứng suất cuối thớ dầm: Giới hạn ứng suất kÐo diƯn tÝch cèt thÐp dÝnh b¸m: fti = 0.5 (f'ci) = -3,000 Mpa øng suÊt dù øng lực thớ dầm: fp = Pj/Ago - Mpj/Sb = 11,429 Mpa øng st ci cïng thí díi dÇm: 9,196 Giíi h¹n øng st nÐn cÊu kiƯn øng suÊt tríc : fci = 0.60f'ci = 21,6 MPa 2963625 188192019 2,327 -2,234 N N.mm Mpa Mpa -0,035 2,292 Mpa Mpa =2,964 MN Mpa > 9,196 21,6 Thí díi (Mpa) -2,234 11,429 9,196 OK! OK ! Bảng ứng suất cách gối khoảng "1.0+D" Thớ (Mpa) 2,327 -0,035 2,292 -3,000 OK! Do trọng lượng thân Do ứng suất tríc S= øng suÊt cho phÐp As= =0 mm2 OK! => Dïng f16 5.7 Khèng chÕ nøt b»ng phân bố cốt thép Đây kết cấu BTCT ứng suất trước , kiểm tra theo mục Các cấu kiện phải cấu tạo cho ứng suất kéo cốt thép thường fsa không vượt qu¸: Z fsa = - 0.6 fy (LRFD 5.7.3.4-1) 1/3 (dc A) 50 Chiều dày lớp bê tông tính từ thớ chịu kéo đến trọng tâm cốt thép gần 2*dc*b / ns A= Diện tích bê tông bao mặt cắt ngang đường thẳng = mm2 song song víi trơc trung hßa, chia cho số lượng b= 1000 mm Bề rộng bầu dầm Với cấu kiện mặt tiếp xúc với môi trường kh¾c nghiƯt: Z= 23000 N/mm fsa = 0,00 N/mm2 < 0.6fy = 240 Mpa => OK! dc= mm 18 Dù án: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 Trạng thái giới hạn Cường độ Trạng thái giới hạn cường độ xem xét đảm bảo yêu cầu độ bền độ ổn định Mỗi thành phần liên kết phải thoả mÃn công thức sau ứng với TTGH: hS(gi Qi) < f Rn < Rr 6.1 HƯ sè søc kh¸ng f= f= f= 0,9 1,0 0,9 Khi tính khả chịu uốn kết cấu BTCT thường Khi tính khả chịu uốn kết cấu BTCT DƯL Khi tính khả chịu cắt 6.2 Các hệ số điều chỉnh tải trọng áp dụng Tổ hợp hệ số h = hD = hR = hI = 1,000 1 6.3 Mômen uốn Cường độ - I : Tổ hợp tải trọng xe sử dụng thông thường cầu, không xét gió Hiệu ứng lực nhiệt độ, co ngót từ biến dầm giản đơn coi nh b»ng HƯ sè t¶i träng : gas= 1,50 Lớp phủ mặt cầu ( Asphalt) gDc= 1,25 Các cấu kiện phận liên quan gL= Hiệu ứng tải, Q = Mômen uốn, Mu = Giai đoạn I Giai đoạn II Mu1 = Mu2 = 1,75 Hoạt tải hS(giQi) h(gDc*Dc+gas*Das+gL*LL) 1303,8 kN.m 2288,9 kN.m 19 Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 6.4 Khả chịu uốn Trong thực tiễn thiết kế, coi ứng suất phân bố khối chữ nhật tương đương cạnh 0.85 f'c, trªn mét chiỊu cao a= b1 c HƯ sè b1 lấy 0.85 với cường độ bê tông không f'c = 28 Mpa Với cường độ bê tông vượt 28 Mpa, b1 giảm mức 0.05 cho Mpa vượt 28Mpa, không nhỏ 0.65 b1 = 0.85 Với f'c 28 Mpa Dïng : b1 = 0,76 > 0,65 øng suất trung bình tao cáp ứng suất trước , fps, cã thÓ lÊy nh sau: fps = fpu (1-k C/dp) < fpu = 1860 Mpa k = ( 1.04 - fpy/fpu ) = 0,28 VÞ trÝ trơc trung hoà: Với mặt cắt hình chữ nhật: c = (Aps fpu + As fy - As' fy' ) / (0.85 f'cb1b+k Aps fpu/dp) 6.4.1 Giai đoạn I: (Mặt cắt không liên hợp) Bố trí cốt thép thường: 0x D25 => As = mm2 As' = 0,000 mm2 Aps = 3257,43 mm2 DiƯn tÝch cèt thÐp vïng chÞu kÐo b= 1000 mm Width Bề rộng of compression cánh chịu nén flange dp= 630 mm khoảng cách xa từ thớ chịu nén tới trọng tâm tao cáp vùng chịu kéo ds= 699 mm khoảng cách xa từ thớ chịu nén tới trọng tâm cốt thép thường vùng chịu kÐo Hay: c = 228 mm a =b1 x c = 174 mm øng suÊt trung b×nh tao thÐp øng suÊt tríc : fps = fpu ( 1-k c/dp )= 1672 Mpa < fpu= 1860 Mpa Søc kh¸ng uèn danh định: Sức kháng uốn danh định mặt cắt hình chữ nhật tính theo công thức: Mn= Aps fps ( dp-a/2) + As fy (ds - a/2) Mn= 2,96E+09 N.mm= 2956,64 kN.m Søc kh¸ng uèn: f Mn f = 1,00 f Mn = 2956,6 kN.m > Mu= 1303,8 kN.m => OK! 6.4.2 Giai đoạn II: (Mặt cắt liên hợp) dp= 750 mm ds= 819 mm c = 317 mm a =b1 x c = 242 mm øng st trung b×nh tao thÐp øng st tríc : fps = fpu ( 1-k c/dp )= 1640 Mpa < fpu= 1860 Mpa Sức kháng uốn danh định: Mn= Aps fps ( dp-a/2) + As fy (ds - a/2) Mn= 3,36E+09 N.mm= 3360,79 kN.m Søc kh¸ng uèn: f Mn f = 1,00 f Mn = 3360,8 kN.m > Mu= 2288,9 kN.m => OK! 20 Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 6.5 Các Giới hạn cốt thép 6.5.1 Cốt thép tối đa Lượng cốt thép tối đa ứng suất trước không ứng suất trước kiểm tra với ®iỊu kiƯn sau: c/de < 0.42 Trong ®ã: de = (Aps fps dp+As fy ds)/(Aps fps+As fy) đây: c = khoảng cách từ thớ chịu nén xa tới trơc träng träng t©m = 317 mm de =ChiỊu cao làm việc tương ứng từ thớ compression chịu nén xa nhÊt fiber tíi to the träng centroid t©m lùcofkÐo the tensile force in the tensile cèt thÐp reinforcement chÞu kÐo (mm) (mm) de = 750 mm c/de = 0,422 > 0.42 => CHECK 6.5.2 Cèt thÐp tèi thiĨu: Lỵng cốt thép ứng suất trước cốt thép thường phải ®đ ®Ĩ ph¸t triĨn søc kh¸ng n tÝnh to¸n Ýt 1.2 lần sức kháng nứt sở phân bố đàn hồi fr 1.33 lần mô men uốn tính toán tổ hợp tải trọng cường độ Kiểm tra dầm biên f Mn >1.2 Mcr f Mn >1.33 Mr Mcr = (fr + fpe) Sc - M(DL) (Sc/Sb - 1) Sc= 0,1085022 m m«men tĩnh mặt cắt liên hợp thớ xa mặt cắt Sb= 0,0842545 m Mômen tĩnh mặt cắt không liên hợp thớ xa mặt cắt fr= 0.63sqrt (f'c)= fpe = f'c = M(DL) = Mcr = 3,98 16,94 40 564,47 2108,1 Mpa Mpa øng suÊt thí xa nhÊt øng suÊt tríc Mpa KNm Mômen tĩnh tải mặt cắt không liên hợp KNm 1.2 * Mcr = 2529,8 KNm < f Mn = 3360,8 KNm => OK ! 1.33 * Mr = 3044,3 KNm < f Mn = 3360,8 KNm => OK ! 6.5.3 TriĨn khai tao c¸p øng st tríc Tao cáp ứng suất trước phải dính bám vượt mặt cắt nguy hiểm với chiều dài triển khai (mm) ®ỵc tÝnh theo: ld ( 0.15 fps -0.097 fpe ) db fps = 1672 Mpa fpe =0.7 fpu -LOSS = 969 Mpa db = 12,7 mm Thay vµo: ld = 1991 mm = 1,99 m 21 Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 6.6 Thiết kế chống cắt xoắn 6.6.1 Qui trình thiết kế Mô hình tính truyền thống với giả thiết mặt cắt phẳng sau đặt tải hợp thức, thành phần thiết kế theo cách mô hình chống-giằng mô hình mặt cắt phẳng Nơi mà khoảng cách từ điểm lực cắt đến mặt gối nhỏ 2d, cấu kiện tải trọng tập trung gây lớn 1/2 lực cắt gối gần 2d tính từ mặt gối coi chúng loại dầm cao mô hình tính toán chống-giằng áp dụng: d= 870 mm Since L/2 = 9600 mm =>Sư dơng m« hình mặt cắt phẳng > * d= 1740 mm 6.6.2 Sức kháng cắt xoắn Vr = f Vn Tr = f Tn f = 0,9 Cho cắt xoắn Vn ,Tn = Sức kháng cắt xoắn danh định 6.6.3 Hệ số lực cắt xoắn Vu = hS(gi Vi ) Tu = hS(gi Ti ) h g g g = = = = 1,000 1,50 1,25 1,75 Hệ số điều chỉnh tải trọng Lớp phủ mặt cầu ( Asphalt) Các cấu kiện phận liên quan Hoạt tải 6.6.4 Lực cắt có hiệu Chiều cao chịu cắt có hiệu lấy khoảng cách hợp lùc kÐo vµ lùc nÐn n víi trơc trung hòa, không cần lấy trị số lớn 0.9de 0.72h dv = de - a/2 = 663 mm 0.9de = 675 mm -> dv= 0.72h = 626,4 mm Vị trí mặt cắt nguy hiểm lực cắt lấy lớn 0.5dv cot(q) khoảng cách dv từ mặt gối Bởi góc q, góc nghiêng ứng suất nén chéo, chưa xác định vậy, sử dụng khoảng cách dv ®Ĩ tÝnh lùc c¾t dv= 675 mm 6.6.4.1 675 mm Lực cắt xoắn tĩnh hoạt tải điểm cách gối khoảng " dv" Lực cắt có hiÖu: Vu = hS(gi Vi ) ; Vu = Tu = hS(gi Ti ) ; Tu = 443,78 kN 72,09 kN.m Cho tổ hợp lực cắt xoắn , Vu=sqrt(Vu +(0.9*ph*Tu/2Ao) ) ( Ao= 0.85 Aoh) Vu = 483 kN Aoh = (Bt-2*50)*(hg-2*40) 40 = 647800 mm Ph 50 50 = 2*((Bt-2*50)+(hg-2*40)) = 3220 mm 40 22 Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 6.6.4.2 Sức kháng cắt danh định Sức kháng cắt danh định lấy giá trị nhỏ Vn = Vc + Vs + Vp Vn = 0.25 f'c bv dv + Vp Với: Vc = Sức kháng cắt thành phần bê tông Vc = 0.083b (sqrt (f'c) )bv dv Vs = Sức kháng cắt thành phần cốt thép chịu c¾t Vs = Av fy dv (cot (q)+cot (a)) /s q = Gãc nghiªng cđa øng st nÐn chÐo Gãc nghiªng cđa cèt thÐp ngang víi trơc däc, a= 90 Vp = Thành phần ứng suất trước có hiệu hướng lực cắt tác dụng Góc nghiêng cốt thép øng st tríc xiªn gãc víi trơc däc, a= Vp=P(HARPED)* SIN (a) = b & q hµm cđa øng biÕn cèt thÐp däc, øng st cắt bê tông khoảng cách vết nứt Lực cắt nguyên nhân gây kéo cốt thép dọc Với mặt cắt đà chọn căng trở lên lớn q nhỏ Vc trở lên lớn Giá trị b & q dựa việc tính toán ứng suất truyền qua bê tông bị nứt chéo, vết nứt trở lên rộng hơn, ứng suất truyền giảm Với cấu kiện có cốt thép ngang, giả định vết nứt chéo cách khoảng 300mm ứng biến cèt thÐp däc ë phÝa chÞu kÐo n cđa cấu kiện xác định theo: ex = (Mu/dv+0.5Nu+0.5Vu cot (q) - Aps fpo)/(EsAs+EpAps) < fpo = fpe + fpc Ep/Ec fpc = 1,98 Mpa øng suÊt nÐn bª tông sau tất mát trọng tâm mặt cắt hoạt tải 24-Sep-12 độ độ kN (ở không sử dụng tao cáp xiên) 0.002 fpe = 0.7 fpu - LOSS = 1062 Mpa øng suÊt tríc có hiệu trọng tâm cốt thép ứng suất trước sau tất mát fpo = 1074 Mpa øng suÊt cèt thÐp øng suÊt tríc, øng suất bê tông xung quanh Mpa Từ dv= 675 mm cộng với 400 mm (khoảng cách từ gối tới đầu dầm)=1075 mm lớn chiều dài truyền D = 762 mm, => fpo sÏ b»ng fpo = 1074 Mpa Lùc däc ngoµi : Nu = 0N Mu = Mômen cực hạn mặt cắt cách gối "dv" Dầm Mdo = 76,588 kN.m Gê lan can Mcb = 30,054 kN.m Tay vịn Mrl = 2,453 kN.m Tạo dốc Mpv = 0,000 kN.m Asphalt Mas = 3,673 kN.m Bê tông lấp Mcip= 19,833 kN.m Hoạt tải Ml = 74,187 kN.m Mu = h(gDc*Dc+gas*Das+gL*LL)= 296,497 kN.m DiÖn tÝch thÐp øng suÊt tríc vỊ phÝa kÐo n cđa cÊu kiƯn Aps = n*Aps = 1283,23 mm Xác định b & q Thử lần đầu : Giả sử q = 27 độ ex = (Mu/dv+0.5Nu+0.5Vu cot (q) - Aps fpo)/(EsAs+EpAps) 0.1 f'c bv dv 0.1 f'c bv dv = 2700 Sử dụng khoảng cách tối đa : S < 0.8 dv < 600 mm th× : S < 0.4 dv < 300 mm Vu = 443,8 kN kN > 483 kN =Vu 540 mm 6.6.4.5 Khoảng cách tối thiểu cốt thép đai chịu cắt Khi thiết kế đòi hỏi cốt thép chịu cắt diện tích cốt thép không nhỏ hơn: Av = 0.083sqrt (f'c) bv s/fy fy= 240 Mpa giới hạn chảy cđa cèt thÐp ®ai (Mpa) Víi s= 150 mm Av= 328 mm D14 Av(Bè trÝ)= 508 mm 4x 24 Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 6.6.5 Cốt thép dọc Cốt thép dọc bố trí mặt cắt phải thoả mÃn phương trình sau: f(As fy+Aps fps) > Mu/(dv f )+0.5 Nu/f +cot (q)sqrt((Vu-0.5 Vs - Vp)2 + (0.45*ph*Tu/2Ao)2)/f As = 452 mm2 Aps = 1283 mm2 DiƯn tÝch thÐp øng st tríc phÝa chÞu kÐo cđa cÊu kiƯn fps = 1074 Mpa Av = 508 mm2 fy = 400 Mpa Mu = 296 kN.m dv = 675 mm f = Uèn, kÐo D¦L f = 0,9 Cắt, xoắn q = 27 độ a = 90 ®é s = 150 mm Nu = Vu = 444 kN Tu = 72 kN-m Vs = 1795 kN Vp = kN Thay vµo : As fy+Aps fps = 1559 kN 2 Mu/(dv f )+0.5 Nu/f +cot (q)((Vu-0.5 Vs - Vp) + (0.45*ph*Tu/2Ao) )/f= = 1449,64 kN < 1559 OK ! 25 Dù ¸n: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 độ võng độ vồng Việc tính toán độ võng độ vồng dựa sở môđun đàn hồi tuổi bê tông Độ võng tức thời tính cho tất tác động tĩnh tải lực dự ứng lực f'c = 36 Mpa dự ứng lực trọng lượng thân Ec = 31287,4 Mpa at days n=Ec/Eci= f'c = Ec = f'c = Ec = 1,05 40 Mpa Tĩnh tải giai đoạn hoạt tải 32979,8 Mpa sau 28 ngày 40 Mpa TừCreep biến từ4 4totớiƠdays ngày 32979,8 Mpa Bảng tổng hợp mômen uốn, mođun đàn hồi mômen quán tính trọng lượng dầm trọng lượng liên hợp trọng lượng gờ chân lan can trọng lượng tay vịn trọng lượng lớp phủ mặt cầu Hoạt tải dự ứng lực Mômen uốn kN.m Mdo= 564,470 Msl= 115,096 Mcb= 221,502 Mrl= 18,082 Mpvl= 27,072 Ml= 526,811 Mp= - Modun đàn hồi Mpa 31287 32980 32980 32980 32980 32980 31287 Mômen quán tính x10 m 3,09E-05 3,09E-05 4,80E-05 4,80E-05 4,80E-05 4,80E-05 3,09E-05 Trong thùc tÕ tÝnh toán độ võng tĩnh tải phần hoạt tải độ cứng EI tăng lên 10% 7.1 Độ vång dù øng lùc §é vång dù øng lực tính từ Pt = ntao*Aps*(0,70*fpu-Dfps)= 3949217 Pe = ntao*Aps*(0,70*fpu-LOSS)= 3156522 h= Pe/Pt = es = N N dự ứng lực điểm truyền Hiệu dự ứng lực sau tất mát 0,7993 : Hệ sè cã hiÖu -247 mm dt= (Mp*L ) / ( 8*Ec*Ic ) = (Pt*es*L2 ) / ( 8*Ec*Ic ) = -46,5 mm Vång lªn trun øng st (cắt thép) de=dt*h= -37,2 mm Vồng lên 26 Dự án: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 7.2 Độ võng tĩnh tải 7.2.1 Võng trọng lượng dầm ddo=(5.gdo l4)/(384.E.J)= 7.2.2 3,94 mm Vâng xuèng 4,89 mm Vâng xuèng 0,40 mm Vâng xng mm Vâng xng Vâng träng lỵng tay vÞn drl=(5.grl l )/(384.E.J)= 7.2.5 Vâng xuèng Vâng trọng lượng gờ chân lan can dcb=(5.gcb l )/(384.E.J)= 7.2.4 mm võng trọng lượng liên hợp ddo=(5.gdo l4)/(384.E.J)= 7.2.3 20,35 Võng trọng lượng lớp phủ mặt cầu dpv=(5.gpv l4)/(384.E.J)= 3,73 7.3 Độ vồng căng kéo Độ võng tính toán dự ứng lực trọng thân lượng dầm Sd= -26,13 mm Vồng lên 7.4 §é tÊt c¶ tĩnh t¶i §é tÝnh toán dự ứng lực tất tĩnh tải Sd= -13,18 mm Vồng lên 27 Dự án: Cal by Chkd by Date: Acc to Cầu: nhịp dầm BTCT DƯL, L=20m 24-Sep-12 7.5 Độ võng Hoạt tải Do tải trọng làn: dpv=(5.gl4)/(384.E.J) Do trục xe: dpv=P.c.(3l2-4c2)/(48.E.J) = 2,63 mm Độ võng xe tải: c P dpv Céng 5300mm 35,00 0,61 6,28 Do Xe t¶i 9600mm 145,00 3,42 13900mm 145,00 2,24 Do Xe hai trôc 9600mm 9000mm 110,00 110,00 2,60 2,58 5,18 §é cđa 25 % xe tải= + Làn = 1,57 2,63 4,20 mm Độ võng giới hạn hoạt tải 1/1000 * (khẩu độ nhịp) d(Hoạt tải) < 1/1000 * (khẩu độ nhÞp)= 6,28 mm = 19 mm < 19,20 19,20 mm mm OK! 28