Thiết kế cầu dầm btct dưl nhịp giản đơn tiết diện t căng trước

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI / MINISTRY OF TRANSPORT ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH / HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TRANSPORT VIỆN XÂY DỰNG / INSTITUTE OF CIVIL ENGINEERING ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ THIẾT KẾ CẦU DẦM BTCT DUL NHỊP GIẢN ĐƠN, TIẾT DIỆN CHỮ T CĂNG TRƯỚC TẬP BẢN VẼ / DRAWINGS NGÀNH / BRANCH : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG CHUN NGÀNH / MAJOR : XÂY DỰNG CẦU ĐƯỜNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN / TEACHER : TH.S NGUYỄN ĐÌNH MẬU SINH VIÊN THỰC HIỆN / STUDENT : TRẦN TRUNG HIẾU MÃ SỐ SINH VIÊN / STUDENT ID : 1851110088 LỚP / CLASS : CD18B THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2023 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Nhà trường tạo điều kiện cho em học tập nghiên cứu Đồng thời, em xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Thầy (cơ) khoa Cơng trình giao thơng - Bộ mơn Cầu Đường tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý giá cho em bạn sinh viên khác suốt năm học vừa qua Đặc biệt em xin cảm ơn tận tình hướng dẫn Th.S Nguyễn Đình Mậu, giảng viên khoa Cơng trình giao thông người trực tiếp bảo để em hồn thành đồ án tốt nghiệp ngày hơm kiến thức chun mơncủa Trong q trình làm đồ án Với cố gắng nỗ lực thân với bảo dạy dỗ tận tình thầy (cơ) em tích lũy nhiều kiến thức bổ ích để trang bị cho công việc kỹ sư tương lai Tuy nhiên, thời gian tiến hành làm đồ án trình độ lý thuyết kinh nghiệm thực tế cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy (cơ) bạn sinh viên để đồ án tốt nghiệp hoàn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn – Th.S Nguyễn Đình Mậu tạo điều kiện, nhiệt tình giúp đỡ em bạn lớp suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh,ngày…tháng…năm 2023 Sinh viên thực Trần Trung Hiếu MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 16 DANH MỤC HÌNH ẢNH 28 PHẦN I: THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DUL, NHỊP GIẢN ĐƠN TIẾP DIỆN T CĂNG TRƯỚC SỐ LIỆU THIẾT KẾ 1.1 Kích thước bản: 1.1.1 Số liệu thiết kế : LAN CAN - LỀ BỘ HÀNH 2.1 Lan can 2.1.1 Thanh lan can Nội lực lan can Kiểm tra khả chịu lực lan can dành cho người 2.1.2 Cột lan can Tải trọng tác dụng lên cột lan can: 2.1.3 Bố trí bulơng cho cột lan can: 12 2.1.4 Kiểm tra khả chịu lực lan can tường kết hợp cột cấp TL2 13 Sức kháng tường trục thằng đứng MwH 13 Sức kháng tường trục ngang Mc 15 Sức kháng dẻo lan can 17 Sức kháng uốn dẻo danh nghĩa cột lan can thép 17 2.2 Tổ hợp va xe 18 2.2.1 Va xe vị trí tường 18 2.2.2 Vị trí va cột 18 2.2.3 Va xe vị trí đầu tường (cột ngồi cùng) 19 2.3 Thiết kế bó vỉa 20 2.3.1 Sức kháng bó vỉa trục thẳng đứng MwH 20 2.3.2 Sức kháng bó vỉa trục ngang Mc 22 2.3.3 Sức kháng tổng cộng tường trục ngang Mc 23 2.3.4 Tổ hợp va xe 23 Va xe vị trí bó vỉa 23 Va xe vị trí đầu bó vỉa 24 2.3.5 Kiểm tra khả chống trượt chân gờ chắn bó vỉa 24 2.3.6 Kiểm tra khả chống trượt chân gờ chắn lan can 25 2.4 Thiết kế lề hành 27 2.4.1 Tải trọng tác dụng lên lề hành 27 2.4.2 Tính cốt thép cho lề hành: 28 Tính cốt thép cho mô men dương (giữa nhịp) 28 Cốt thép cấu tạo, thép chống co ngót ứng suất nhiệt 29 2.4.3 Kiểm toán trạng thái giới hạn sử dụng 30 Kiểm toán nhịp 30 BẢN MẶT CẦU 32 3.1 Sơ đồ tính tốn mặt cầu 32 3.2 Cấu tạo lớp mặt cầu: 32 3.2.1 Cấu tạo lớp áo đường: 32 3.2.2 Khối lượng riêng vật liệu: 32 3.2.3 Tải trọng tác dụng lên mặt cầu 32 Tĩnh tải tác dụng mặt cầu 32 Hoạt tải tác dụng mặt cầu 34 3.2.4 Nội lực hoạt tải gây 40 3.3 Tính tốn cốt thép mặt cầu 42 3.3.1 Tính tốn cốt thép cho phần dầm chịu moment âm: 42 3.3.2 Tính tốn cốt thép cho phần dầm chịu moment dương: 43 3.3.3 Kiểm tra nứt cho bảng dầm 45 Kiểm tra nứt cho phần dầm chịu moment âm: 45 Kiểm tra nứt cho phần dầm chịu moment dương: 46 3.3.4 Tính tốn cốt thép phân bố theo phương dọc cầu cho mặt cầu 47 Tính tốn cốt thép phân bố theo phương dọc cầu cho cốt thép chịu moment âm 47 Tính tốn cốt thép phân bố theo phương dọc cầu cho cốt thép chịu moment dương 48 THIẾT KẾ DẦM NGANG 49 4.1 Số liệu dầm ngang 49 4.2 Xác định nội lực tác dụng lên dầm ngang 49 4.2.1 Phương dọc cầu 49 Áp lực tĩnh tải tác dụng lên dầm ngang: 50 Áp lực hoạt tải tác dụng lên dầm ngang: 50 4.2.2 Phương ngang cầu 51 4.3 Thiết kế cốt thép cho dầm ngang: 60 4.3.1 Tính tốn cốt thép chịu momen âm 60 4.3.2 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu 61 4.3.3 Tính tốn cốt thép chịu mơmen Dương: 61 4.3.4 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu 62 4.3.5 Kiểm tra nứt tiết diện 62 Kiểm tra với mômen dương 62 Kiểm tra với mômen âm 63 4.4 Tính tốn cốt đai cho dầm ngang: 65 DẦM CHÍNH 68 5.1 Số liệu thiết kế 68 5.1.1 Số liệu thiết kế chung 68 5.2 Nội lực tĩnh tải tác dụng lên dầm chủ 72 5.2.1 Xác định trọng lượng thân dầm chủ: 72 5.2.2 Xác định tải trọng mối nối ướt tác dụng lên dầm chính: 73 5.2.3 Tải trọng lan can DC3: 74 5.3 Hệ số phân bố ngang 80 5.3.1 Hệ số phân bố tải trọng cho lực cắt dầm 81 Trường hợp xe chất tải 81 Trường hợp nhiều xe chất tải 81 5.3.2 Hệ số phân bố ngang cho dầm biên 81 5.3.3 Xác định hệ số phân bố ngang theo phương pháp nén lệch tâm 83 5.4 Bê tơng dầm chính: 86 5.5 Cáp dự ứng lực : 87 5.5.1 Tính sơ cáp : 87 5.6 Đặc trưng hình học tiết diện dầm 88 5.6.1 Dầm giữa: 88 5.6.2 Dầm biên 88 5.6.3 Trọng tâm nhóm cáp DUL cắt mặt cắt : 88 5.6.4 Đặc trưng hình học tiết diện mặt cắt : 89 5.7 Tính lại hệ số phân bố ngang (phương pháp dầm đơn) 93 5.7.1 Hệ số phân bố ngang momen cho dầm 93 5.8 Tính tốn mát ứng suất: 102 5.8.1 Mất mát ứng suất nén đàn hồi ΔfpES: 102 5.8.2 Mất mát ứng suất theo thời gian 103 Biến dạng co ngót dầm từ lúc truyền lực cáp dự ứng lực lên dầm đến thi công mối nối xác định sau: 104 Biến dạng co ngót dầm từ lúc truyền lực cáp dự ứng lực lên dầm đến cuối thời kì khai thác 104 Biến dạng co ngót dầm từ lúc thi cơng mối nối tới cuối thời kì khai thác 105 5.9 Mất mát ứng suất giai đoạn ( từ lúc cắt cáp đến lúc đổ bê tông mặt cầu) 107 5.9.1 Mất mát ứng suất co ngót xảy giai đoạn (ΔfpSR): 107 5.9.2 Mất mát ứng suất từ biến xảy giai đoạn 1(ΔfpCR): 108 5.9.3 Mất mát ứng suất chùng nhão xảy giai đoạn (ΔfpR1): 109 5.9.4 Mất mát ứng suất co ngót xảy giai đoạn (ΔfpSD): 109 5.9.5 Mất mát ứng suất từ biến xảy giai đoạn II (ΔfpCD): 110 5.9.6 Mất mát ứng suất chùng nhão xảy giai đoạn (ΔfpR2): 111 5.9.7 Ứng suất gia tăng cáp dự ứng lực co ngót mặt cầu (ΔfpSS): 111 5.9.8 Tổng mát ứng suất theo thời gian: 112 Kiểm toán 113 6.1 Kiểm toán Ứng suất cáp DUL: 113 6.1.1 Ứng suất trung bình tao cáp tiết diện nhịp tổng tải trọng TTGHSD 113 6.2 Kiểm tra dầm giai đoạn truyền lực: 113 6.3 Kiểm tra dầm TTGH SD3 115 6.4 Kiểm toán dầm TTGH CĐ1: 117 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu 120 6.5 Tính tốn cốt đai dầm chính: 122 PHẦN II: THIẾT KẾ MỐ TRỤ CẦU 128 GIỚI THIỆU CHUNG 128 7.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ: 128 7.1.1 Vật liệu sử dụng: 128 7.1.2 Số liệu kết cấu nhịp: 128 7.1.3 Đất đắp đường dẫn đầu cầu: 128 7.1.4 Địa chất: 128 Lớp 1: Bùn sét xám xanh - xám đem, chảy 129 Lớp 2: Sét nâu vàng, xám xanh, trạng thái cứng 130 Lớp 3: Sét lẫn bột, xám nâu, xám đen, trạng thái dẻo cứng 130 Lớp 4: Sét pha, xám nâu, trạng thái cứng 131 7.1.5 Chỉ số SPT: 132 7.1.6 Thủy văn: 132 7.1.7 Bố trí khe co giãn: 133 7.1.8 Chiều dài cầu độ cầu: 134 THIẾT KẾ MỐ M1 135 8.1 KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC MỐ: 135 8.1.1 Kích thước theo phương ngang cầu : 137 8.2 CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN: 138 8.3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ: 138 8.3.1 Tải trọng theo phương dọc cầu: 138 Tải trọng từ kết cấu nhịp: 138 Tải trọng thành phần: 140 8.3.2 Tải trọng theo phương ngang cầu: 145 Tải trọng từ kết cấu nhịp: 145 Tải trọng thành phần: 148 8.4 TỔ HỢP TẢI TRỌNG: 152 8.4.1 Xác định tổ hợp nội lực bất lợi theo phương dọc cầu: 153 8.4.2 Bảng tổng hợp độ lêch tâm e so với mặt cắt theo phương dọc cầu: 153 Giai đoạn thi công (TC) 154 Xác định tổ hợp nội lực bất lợi giai đoạn khai thác (KT1) 156 Xác định tơ hợp nội lực bất lợi giai đoạn khai thác (KT1) 162 Xác định tổ hợp nội lực bất lợi giai đoạn khai thác (KT3) 169 8.4.3 Xác định tổ hợp nội lực bất lợi theo phương ngang cầu: 174 Bảng tổng hợp độ lệch tâm e so với mặt cắt theo phương ngang cầu : 174 Mặt cắt 1-1 (đáy bệ): 175 8.5 TỔNG HỢP CÁC TỔ HỢP TẢI TRỌNG: 179 8.5.1 Các tổ hợp bất lợi theo phương thẳng đứng phương dọc cầu: 179 Giai đoạn thi công: 179 Giai đoạn khai thác 1: 179 Giai đoạn khai thác 2: 179 Giai đoạn khai thác 3: 180 8.5.2 Các tổ hợp bất lợi theo phương ngang cầu 181 8.6 THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ CỌC KHOAN NHỒI MỐ M1: 181 8.6.1 Địa chất khu vực: 181 8.6.2 Nội lực tính tốn: 181 8.6.3 Các thông số cọc khoan nhồi: 181 8.6.4 Sức chịu tải cọc: 182 Sức chịu tải theo vật liệu: 182 Sức chịu tải theo đất nền: 183 Sức chịu tải tính toán cọc: 187 8.6.5 Tính tốn số lượng bố trí cọc: 187 8.6.6 Bảng tọa độ cọc : 188 8.6.7 Kiểm toán nội lực đầu cọc TTGH Cường độ: 188 Chiều dài nén, uốn cọc: 188 Nội lực đầu cọc theo phương ngang cầu: 189 Nội lực đầu cọc theo phương dọc cầu: 192 Kiểm toán sức chịu tải (nội lực đầu cọc): 196 8.6.8 Kiểm toán chuyển vị ngang đầu cọc: 196 8.6.9 Kiểm toán cường độ đất vị trí mũi cọc: 198 Xác định khối móng quy ước: 198 Xác định sức chịu tải đất mũi cọc: 199 Xác định ứng suất đáy khối móng quy ước: 200 8.6.10 Kiểm toán lún mố cầu: 202 8.6.11 Kiểm tra chọc thủng cọc: 204 8.7 THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP MỐ M1: 205 8.7.1 Vẽ biểu đồ tương tác 205 Trường hợp cột chịu nén tâm: 205 Trường hợp phá hoại kéo trạng thái giới hạn phá hoại giòn 206 Trường hợp phá hoại kéo trạng thái phá hoại cân 208 Trường hợp phá hoại kéo trạng thái phá hoại dẻo 210 Trường hợp uốn túy 213 Thiết kế cốt thép đai 217 8.8 THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP MỐ M1: 218 8.8.1 Thiết kế cốt thép cho bệ mố: 218 Thiết kế cốt thép chịu momen uốn theo phương dọc cầu: 218 Kiểm tra nứt cho bệ mố theo phương dọc cầu : 222 8.8.2 Thiết kế cốt thép cho tường thân (mặt cắt 2-2): 223 Thiết kế cốt thép dọc cho tường thân: 223 Kiểm tra nứt cho tường thân mố: 226 Thiết kế cốt thép đai cho tường thân: 228 8.8.3 Thiết kế cốt thép cho tường đỉnh mố (mặt cắt 3-3): 229 Thiết kế cốt thép dọc cho tường đỉnh: 229 Kiểm tra nứt cho tường đỉnh: 231 Thiết kế cốt đai cho tường đỉnh: 233 8.8.4 Thiết kế cốt thép cho tường cánh (mặt cắt 4-4): 235 Thiết kế cốt thép dọc cho tường cánh: 235 Thiết kế cốt đai cho tường cánh: 237 THIẾT KẾ TRỤ T1 239 9.1.1 KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC: 239 9.2 CÁC MẶT CẮT KIỂM TOÁN: 240 9.3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN TRỤ CẦU: 241 9.3.1 Tải trọng theo phương dọc cầu: 241 Tải trọng từ kết cấu nhịp: 241 Tải trọng thành phần: 244 9.3.2 Tải trọng theo phương ngang cầu: 249 Tải trọng thành phần: 251 Tính tốn tải trọng xà mũ : 254 Bảng tổng hợp độ lêch tâm e so với mặt cắt theo phương dọc cầu: 257 9.4 TỔ HỢP TẢI TRỌNG: 258 9.4.1 Xác định tổ hợp nội lực bất lợi theo phương dọc cầu: 258 Giai đoạn thi công, sữa chữa: 258 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH MẬU σa2( t) := σa22 + ka2  γd2  t - 2c2  ka2  0.492  t - 5.492 Lực dính lớp 2: -2c2  ka2 = -6.679 -Tổng áp lực nước: En1 := σw  5.5 = 14.838 En2 ( t) := σw ( CDMNTT - CDĐL1 - 5.5 + zd1 + 0.5) expand  28.434 +Thành phần lực giữ: -Áp lực bị động đất đáy lớp 2: Áp lực ngang bị động: Lực dính pp2 ( t) := kp2  γd2  t  1.832  t cp2 := 2c2  kp2 = 12.895 σp2( t) := pp2 ( t) + cp2  1.832  t + 12.895 +Tổng áp lực đất bị động Lực dính: Ep21 ( t) := cp2  t  ηb  10.316  t Áp lực ngang bị động: Ep23 ( t) := pp2 ( t)   t  ηb  0.733  t Theo điều kiện đảm bảo độ ổn định chống lật: ΣML < ΣM G Thành phần gây lật: Nước: 2  ML51n ( t) := ( En1)    5.5 - 2.5  17.311    ( CDMNTT - CDĐL1 - 5.5) + zd1 + 0.5 + 3  160.227    ML52n ( t) := En2 ( t)   MLGD5n ( t) := ML51n ( t) + ML52n ( t)  177.538 ΣMLGD5( t) := MLGD5n ( t) expand  177.538 SVTH: TRẦN TRUNG HIẾU MSSV:1851110088 Trang 490 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH MẬU Thành phần gây giữ: Đất (Áp lực ngang bị động): 2  MGGD5da1n( t) := Ep23 ( t)   t + zd1 + ( CDMNTT - CDĐL1 - 2.5)   MGGD5da1n( t) expand  5.695  t + 0.489  t Lực dính áp lực đất thẳng đứng lớp tác dụng lên lớp 2:  t + ( CDMNTT - CDĐL1 - 2.5) + zd1  2  MGGD5c ( t) := ( Ep21 ( t) )   MGGD5c ( t) expand  80.153  t + 5.158  t ΣMGGD5 ( t) := MGGD5da1n ( t) + MGGD5c ( t) 2 ΣMGGD5 ( t) expand  80.153  t + 5.158  t + 5.695  t + 0.489  t f ( t) := [ ΣMLGD5 ( t) - ( 0.95)  ΣMGGD5 ( t) ] f ( t) expand  -76.146  t + -10.31  t + -0.464  t + 177.538 1.837    f ( t) = solve , t  -12.024 - 7.977i     -12.024 + 7.977i  1.837 400 200 f ( t) 0 - 200 - 400 - 40 - 20 20 t Giai đoạn 6: Lắp tầng khung chống 3, cách tầng khung chống hai 2.5m Tâm quay tầng khung chống Giả sử chiều dài cắm cọc t nằm lớp Thành phần lực gây lật: +Áp lực nước: SVTH: TRẦN TRUNG HIẾU σw := γn  ( 0.5 + ) = 5.396 MSSV:1851110088 Trang 491 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH MẬU +Áp lực đất chủ động đất đáy lớp 1: Chiều sâu đào dất dính khơng che chắn: zc1 := A  zd1 if A σa1 := ( 2c1) γd1  ka1 ( 2c1) > zd1 zc1 = 4.25 otherwise γd1  ka1 A  if ka1  γd1  zd1 - 2c1  ka1 < A  ka1  γd1  zd1 - 2c1  ka1 otherwise σa1 = Áp lực ngang chủ động lớp Lực dính đất lớp 1: ka1  γd1  zd1 = 1.932 Áp lực ngang đất đáy lớp -2c1  ka1 = -2.792 Áp lực thẳng đứng lớp tác dụng lên lớp 2: σa22 := ka2  γd1  zd1 = 1.186 Áp lực đất chủ động đất tác dụng lên lớp 2: Chiều sâu đào đất không cần che chắn zc2 := A  zd2 if A  if A 2c2 - ka2  γd2 2c2 - 2c2 - ka2  γd1  zd1 ka2  γd1  zd1 ka2  γd2 ka2  γd1  zd1 ka2  γd2  zd2 zd1 zc1 = 4.25 otherwise MSSV:1851110088 Trang 494 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ σa1 := GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH MẬU A  if ka1  γd1  zd1 - 2c1  ka1 < A  ka1  γd1  zd1 - 2c1  ka1 otherwise σa1 = Áp lực ngang chủ động lớp Lực dính đất lớp 1: ka1  γd1  zd1 = 1.932 Áp lực ngang đất đáy lớp -2c1  ka1 = -2.792 Áp lực thẳng đứng lớp tác dụng lên lớp 2: σa22 := ka2  γd1  zd1 = 1.186 Áp lực đất chủ động đất tác dụng lên lớp 2: Chiều sâu đào đất không cần che chắn zc2 := 2c2 - A  zd2 if A  if A ka2  γd1  zd1 ka2  γd2 2c2 - ka2  γd1  zd1 ka2  γd2 2c2 - ka2  γd1  zd1 ka2  γd2  zd2 zd1 zc1 = 4.25 otherwise γd1  ka1 A  if ka1  γd1  zd1 - 2c1  ka1 < A  ka1  γd1  zd1 - 2c1  ka1 otherwise σa1 = Áp lực ngang chủ động lớp Lực dính đất lớp 1: ka1  γd1  zd1 = 1.932 Áp lực ngang đất đáy lớp -2c1  ka1 = -2.792 Áp lực thẳng đứng lớp tác dụng lên lớp 2: σa22 := ka2  γd1  zd1 = 1.186 Áp lực đất chủ động đất tác dụng lên lớp 2: Chiều sâu đào đất không cần che chắn zc2 := A  zd2 if A  if A 2c2 - 2c2 - ka2  γd1  zd1 ka2  γd2 2c2 - ka2  γd1  zd1 ka2  γd2 ka2  γd1  zd1 ka2  γd2  zd2