Thiết kế cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực, nhịp giản đơn tiết diện t căng trước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Viện: Xây Dựng Bộ mơn: Cầu Đường - NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp.HCM, ngày tháng năm 2023 Chữ ký giáo viên phản biện LỜI NÓI ĐẦU Đồ án tốt nghiệp học phần quan trọng trình học tập sinh viên Đồ án tốt nghiệp học phần cuối cùng, cột mốc đáng nhớ trình học Đại học, kết cố gắng suốt năm học tập rèn luyện trường, cịn học phần mang tính chất đánh giá tổng kết cơng tác học tập suốt khóa học sinh viên, bước chuyển giao kiến thức lý thuyết, bắt đầu tiếp cận với kiến thức thực tế làm quen với công việc sau Sau thời gian học tập trường đại học Giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh, nỗ lực thân với bảo dạy dỗ tận tình thầy trường nói chung thầy (cơ) Viện Xây Dựng nói riêng, em tích luỹ nhiều kiến thức bổ ích để trang bị cho cơng việc kỹ sư tương lai Trong trình làm đồ án, với thời gian thực 12 tuần (từ 23/02/2023 đến 22/05/2023), em vinh hạnh nhận hướng dẫn nhiệt tình thầy (cơ) môn Cầu đường, đặc biệt giúp đỡ, hướng dẫn trực tiếp thầy - TS Võ Vĩnh Bảo, em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy kiến thức hữu ích, chia đầy quý báu với 20 năm kinh nghiệm ngành thầy Chúc thầy gia đình thật nhiều sức khỏe, thành công gặp nhiều may mắn sống Do thời gian tiến hành làm đồ án trình độ lý thuyết kinh nghiệm thực tế có hạn nên khó tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận phê bình, góp ý thầy (cơ), kiến thức quý giá, hành trang quan trọng để em vững bước đường tương lai Một lần em xin chân thành cảm ơn tất người giúp đỡ em suốt thời gian vừa qua Em xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 Sinh viên thực Phương Lê Thanh Phương MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 10 DANH MỤC HÌNH ẢNH 20 PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH 1.1 Địa hình, địa chất 1.1.1 Lớp 1: Bùn sét xám xanh - xám nâu, trạng thái chảy 1.1.2 Lớp 2: Sét xám xanh loang nâu vàng, trạng thái nửa cứng 1.1.3 Lớp 3: Sét nâu vàng, xám xanh, trạng thái nửa cứng 1.1.4 Lớp 4: Sét pha, nâu vàng, trạng thái dẻo cứng 1.1.5 Chỉ số SPT: 1.2 Thủy văn 1.3 Khí hậu 1.4 Tài nguyên vật liệu Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Chỉ tiêu kỹ thuật 2.2 Vật liệu sử dụng 2.2.1 Bê tông 2.2.2 Cốt thép thường 2.2.3 Cáp dự ứng lực 2.2.4 Đất đắp đường dẫn đầu cầu 2.2.5 Các hệ số tính tốn 2.2.6 Các thơng số kích thước chung 10 2.2.6.1 Bố trí chung cầu: 10 2.2.6.2 Kết cấu phần 11 2.2.6.3 Kết cấu phần 12 PHẦN 2: KẾT CẤU PHẦN TRÊN 14 Chương 3: THIẾT KẾ LAN CAN-LỀ BỘ HÀNH 15 3.1 Cấp thiết kế lan can 15 3.2 Thanh lan can 15 3.2.1 Tải trọng tác dụng lên lan can 15 3.2.2 Nội lực lớn nhịp 15 3.2.3 Kiểm tra tiết diện 16 3.3 Cột lan can 16 3.3.1 Cấu tạo 16 3.3.2 Tĩnh tải 17 3.3.3 Nội lực tính tốn chân trụ 18 3.4 Lề hành 21 3.4.1 Tính nội lực lề hành (tính 1m dài) 22 3.4.2 Tính cốt thép cho lề hành 22 3.4.2.1 Xét mặt cắt nhịp 22 3.4.2.2 Xét mặt cắt gối 24 3.4.3 Kiểm toán trạng thái giới hạn sử dụng 25 3.4.4 Kiểm tốn bó vỉa chịu tải va xe 26 3.4.4.1 Khi xe va vào tường 26 3.4.4.2 Xác định Mc (Tính m dài) 27 3.4.4.3 Xác định Mw 28 3.4.4.4 Xác định chiều dài đường chảy Lc kiểm tra sức kháng tường.29 3.4.5 Kiểm tra trượt lan can mặt cầu 30 Chương 4: TÍNH TỐN BẢN MẶT CẦU 32 4.1 Sơ tính tốn 32 4.2 Tính tốn nội lực cho hẫng 33 4.2.1 Sơ đồ tính 33 4.2.2 Nội lực hẫng 33 4.2.2.1 Tĩnh tải 33 4.2.2.2 Hoạt tải 33 4.2.2.3 Nội lực hẫng 33 4.3 Tính tốn nội lực cho 34 4.3.1 Sơ đồ tính 34 4.3.2 Nội lực dầm 34 4.3.2.1 Tĩnh tải 34 4.3.2.2 Hoạt tải 34 4.3.3 Tổng hợp nội lực hoạt tải 36 4.3.4 Tổng hợp nội lực tác dụng vào dầm 36 4.4 Tính tốn cốt thép BMC 37 4.4.1 Thiết kế cốt thép cho phần chịu momen âm 37 4.4.2 Thiết kế cốt thép cho phần chịu momen dương 38 4.5 Kiểm tra nứt BMC TTGHSD 39 4.5.1 Kiểm tra nứt momen âm 39 4.5.2 Kiểm tra nứt momen dương 40 Chương 5: THIẾT KẾ DẦM NGANG 42 5.1 Tính tốn theo phương dọc cầu 42 5.2 Nội lực tác dụng lên dầm ngang 42 5.2.1 Áp lực tác dụng lên dầm ngang 42 5.2.2 Áp lực hoạt tải tác dụng lên dầm ngang 43 5.3 Tính toán theo phương ngang cầu 43 5.4 Tính momen lớn M4-4’ 44 5.4.1 Lớp phủ 44 5.4.2 Tải trọng DC2 45 5.4.3 Tải trọng DC3 45 5.4.4 Hoạt tải xe 45 5.4.5 Hoạt tải xe 46 5.4.6 Hoạt tải người 46 5.5 Tính lực cắt lớn V3,ph 47 5.5.1 Tải trọng lớp phủ 47 5.5.2 Tải trọng DC2 47 5.5.3 Tải trọng DC3 47 5.5.4 Hoạt tải xe 47 5.5.5 Hoạt tải xe 47 5.5.6 Hoạt tải người 47 5.6 Tính tốn cốt thép cho dầm ngang 48 5.6.1 Tính cốt thép chịu momen âm 48 5.6.2 Tính cốt thép chịu momen dương 49 5.7 Kiểm tra nứt dầm ngang TTGHSD 50 5.7.1 Kiểm tra nứt cho dầm ngang chịu momen âm 50 5.7.2 Kiểm tra nứt cho dầm ngang chịu momen dương 51 5.8 Tính tốn cốt đai dầm ngang 52 Chương 6: THIẾT KẾ DẦM CHÍNH 54 6.1 Đặc trưng hình học tiết diện 54 6.1.1 Quy đổi tiết diện 54 6.1.2 Đặc trưng hình học 54 6.2 Nội lực tác dụng lên dầm chủ 55 6.3 Hệ số phân bố ngang 55 6.3.1 Phương pháp dầm đơn 55 6.3.1.1 Hệ số phân bố ngang cho dầm 56 6.3.1.2 Hệ số phân bố ngang cho dầm biên 56 6.3.2 Phướng pháp nén lệch tâm 57 6.4 Lựa chọn cáp sơ dầm 58 6.5 Đặc trưng hình học tiết diện sau bố trí cáp DƯL 59 6.5.1 Trọng tâm nhóm cáp DƯL 59 6.5.2 Đặc trưng tiết diện mặt cắt 60 6.5.2.1 Giai đoạn 1: Tiết diện dầm đặc 60 6.5.2.2 Giai đoạn 2: Tiết diện liên hợp 60 6.6 Nội lực dầm sau bố trí cáp DƯL 60 6.6.1 Hệ số phân bố ngang sau bố trí cáp DƯL 60 6.6.2 Nội lực dầm 61 6.7 Tính tốn mát ứng suất 64 6.7.1 Mất mát ứng suất tức thời 64 6.7.2 Mất mát ứng suất theo thời gian 65 6.7.2.1 Hệ số co ngót từ biến 65 6.7.2.2 Mất mát ứng suất co ngót xẩy giai đoạn ∆𝒇𝒑𝑺𝑹 66 6.7.2.3 Mất mát ứng suất từ biến xẩy giai đoạn ∆𝒇𝒑𝑪𝑹 66 6.7.2.4 Mất mát ứng suất chùng nhão xẩy giai đoạn ∆𝒇𝒑𝑹𝟏 67 6.7.2.5 Mất mát ứng suất co ngót xẩy giai đoạn ∆𝒇𝒑𝑺𝑫 67 6.7.2.6 Mất mát ứng suất từ biến xẩy giai đoạn ∆𝒇𝒑𝑪𝑫 67 6.7.2.7 Mất mát ứng suất chùng nhão xẩy giai ∆𝒇𝒑𝑹𝟐 68 6.7.2.8 Ứng suất gia tăng cáp DƯL co ngót mặt cầu ∆𝒇𝒑𝑺𝑺 68 6.7.3 Tổng mát ứng suất 69 6.8 Kiểm toán cáp DƯL 69 6.8.1 Kiểm toán ứng suất cáp DƯL 69 6.8.2 Kiểm toán giai đoạn truyền lực 70 6.8.3 Kiểm toán dầm TTGH sử dụng 71 6.8.4 Kiểm toán dầm TTGH cường độ 71 6.8.5 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu 73 6.9 Tính tốn cốt đai dầm 74 PHẦN 3: KẾT CẤU PHẦN DƯỚI 77 Chương 7: THIẾT KẾ MỐ M1 78 7.1 Tính tốn khe hở nhiệt 78 7.2 Tải trọng tác dụng lên mố: 78 7.2.1 Tải trọng theo phương dọc cầu: 78 7.2.1.1 Tải trọng từ kết cấu nhịp: 78 7.2.1.2 Tải trọng thành phần: 81 7.2.2 Tải trọng theo phương ngang cầu: 85 7.2.2.1 Tải trọng từ kết cấu nhịp: 85 7.2.2.2 Tải trọng thành phần: 87 7.3 Tổ hợp tải trọng 91 7.3.1 Hệ số tải trọng 91 7.3.2 Xác định tổ hợp nội lực bất lợi theo phương dọc cầu: 92 7.3.2.1 Giai đoạn thi công (TC): 92 7.3.2.2 Giai đoạn khai thác (KT1): 94 7.3.2.3 Giai đoạn khai thác (KT2): 99 7.3.2.4 Giai đoạn khai thác (KT3): 106 7.3.3 Xác định tổ hợp nội lực bất lợi theo phương ngang cầu: 111 7.3.3.1 Mặt cắt 1-1 (đáy bệ): 111 7.4 Tổng hợp tổ hợp tải trọng 115 7.4.1 Phương dọc cầu: 115 7.4.1.1 Giai đoạn thi công: 115 7.4.1.2 Giai đoạn khai thác 1: 116 7.4.1.3 Giai đoạn khai thác 2: 116 7.4.1.4 Giai đoạn khai thác 3: 117 7.4.2 Phương ngang cầu: 117 7.5 Thiết kế bố trí cọc khoan nhồi mố: 118 7.5.1 Nội lực tính tốn: 118 7.5.2 Các thông số cọc khoan nhồi: 118 7.5.3 Sức chịu tải cọc: 118 7.5.3.1 Sức chịu tải theo vật liệu: 118 7.5.3.2 Sức chịu tải theo đất nền: 119 7.5.4 Tính tốn số lượng bố trí cọc: 122 7.5.5 Kiểm toán nội lực đầu cọc TTGH Cường độ: 123 7.5.5.1 Chiều dài nén, uốn cọc: 123 7.5.5.2 Nội lực đầu cọc theo phương ngang cầu: 124 7.5.5.3 Nội lực đầu cọc theo phương dọc cầu: 126 7.5.5.4 Kiểm toán sức chịu tải (nội lực đầu cọc): 129 7.5.6 Kiểm toán chuyển vị ngang đầu cọc: 129 7.5.7 Kiểm tốn cường độ đất vị trí mũi cọc: 131 7.5.7.1 Xác định khối móng quy ước: 131 7.5.7.2 Xác định sức chịu tải đất mũi cọc: 132 7.5.7.3 Xác định ứng suất đáy khối móng quy ước: 132 7.5.8 Kiểm toán lún mố cầu: 134 7.5.9 Kiểm tra chọc thủng cọc: 136 7.6 Thiết kế bố trí cốt théo mố M1: 137 7.6.1 Thiết kế cốt thép cho bệ mố: 137 7.6.1.1 Thiết kế cốt thép chịu momen uốn theo phương dọc cầu: 137 7.6.1.2 Kiểm tra nứt cho bệ mố: 140 7.6.1.3 Thiết kế cốt thép chịu moment uốn theo phương ngang cầu: 141 7.6.1.4 Kiểm tra nứt cho bệ mố theo phương ngang cầu 143 7.6.2 Thiết kế cốt thép cho tường thân: 144 7.6.2.1 Thiết kế cốt thép dọc cho tường thân: 144 7.6.2.2 Kiểm tra nứt cho tường thân mố: 146 7.6.2.3 Thiết kế cốt thép đai cho tường thân: 147 7.6.3 Thiết kế cốt thép cho tường đỉnh mố (mặt cắt 3-3): 149 7.6.3.1 Thiết kế cốt thép dọc cho tường đỉnh: 149 7.6.3.2 Thiết kế cốt đai cho tường đỉnh: 150 7.6.4 Thiết kế cốt thép cho tường cánh: 152 7.6.4.1 Thiết kế cốt thép dọc cho tường cánh: 152 7.6.4.2 Thiết kế cốt đai cho tường cánh: 153 7.6.5 Thiết kế cốt thép độ: 155 7.6.5.1 Số liệu thiết kế: 155 7.6.5.2 Xác định tải trọng: 155 7.6.5.3 Tỉnh tải: 155 7.6.5.4 Hoạt tải: 155 7.6.5.5 Tính toán nội lực tổ hợp tải trọng: 155 7.6.5.6 Nội lực tỉnh tải gây ra: 155 7.6.5.7 Nội lực hoạt tải gây ra: 156 7.6.5.8 Tổ hợp tải trọng TTGH SD1 156 7.6.5.9 Tổ hợp tải trọng TTGH CĐ1 156 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ fs = GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO Ms 3.929  109 ( ds − x ) n = (1800 − 273.114 )  7.934 = 106.679(MPa) I cr 4.462  1011 Khoảng cách tối thiểu thép: Smin = 123000 e 123000  − 2d c = −  200 =1106(mm) s fs 1.167  106.679 Ta có: S = 200 (mm)  Smin = 1106(mm) Vậy tiết diện thỏa điều kiện chống nứt Hình 8.5 Bố trí cốt thép bệ trụ 8.7.2 Thiết kế bố trí cốt thép cho trụ đặc thân hẹp: 8.7.2.1 Thiết kế cốt thép chủ cho thân trụ: a Sơ đồ tính tải trọng tác dụng: Sơ đồ tính: Quan niệm trụ đặc thân hẹp cột chịu nén kết hợp uốn phương Trong thiết kế này, để đơn giản ta qui đổi tiết diện ovan thành tiết diện chữ nhật: Phương ngang cầu: B = 1800 (mm)    1800  H = (8500 − 1800) +   = 8114(mm)   Phương dọc cầu: B = 8114(mm) H = 1800 (mm) SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 223 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO Hình 8.6 Mặt cắt ngang tiết diện thiết kế cốt thép trụ đặc Nội lực tổ hợp bất lợi mặt cắt chân trụ đặc thân hẹp (mặt cắt 2-2) trạng thái giới hạn tổng hợp bảng sau: Bảng 8.77 Tổng hợp nội lực lớn mặt cắt 2-2 PHƯƠNG DỌC CẦU PHƯƠNG NGANG CẦU My ( kNm) Hx ( Kn) Mx (kNm) Hy ( kN) 40669.8 29230.421 3786.807 3186.297 Pz 20132.929 Sử dụng thép CB500-V có cường độ chảy fy = 500 (MPa) Xác định hệ số quy đổi chiều cao vùng nén 1 :  0,85  1 = 0, 65  0, 05 ' 0,85 − ( fc − 28)  f c'  28(MPa) f c'  56(MPa) 28  f c'  56(MPa) Ta có: f c' = 25(MPa)  1 = 0,85 Bố trí lớp thép 36 chịu momen theo phương dọc phương ngang cầu với bước thép 100mm: - Số lượng thép chịu momen uốn theo phương dọc cầu là: 136 thanh; - Số lượng thép chịu momen uốn theo phương ngang cầu là: 45 Chọn bề dày lớp bê tông bảo vệ: abv = 100 (mm) Khoảng cách lớp thép 100 (mm) b Kiểm toán sức kháng nén kết hợp uốn phương trụ: Thay cho việc tính dựa sở cân tương thích ứng biến cho trường hợp uốn hai chiều, kết cấu khơng trịn chịu uốn hai chiều chịu nén định kích thước theo biểu thức gần sau: - Nếu lực dọc tính tốn lớn 0,1 f c' Ag thì: 1 1 = + − Prxy Prx Pry P0 (1) - Nếu lực dọc trục tính tốn lớn 0,1f c' A g thì: SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 224 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO M ux M uy + 1 M rx M ry (2) Kiểm tra: với  = 0.75 thì: 0,1 f c' Ag = 0.1 0.75  25  8.114  1.8 = 27383.79 ( KN )  Pz = 20132.929 ( KN )  Kiểm toán theo công thức (2): M ux M uy + 1 M rx M ry - Tính đại lượng Mrx, Mry: M ry Asy f y d sy a M rx Asx f y dsx a Trong đó:  = 0.9 : Hệ số sức kháng cấu kiện chịu uốn; Asx , y : Diện tích cốt thép bố trí theo phương, mm2; f y = 500 : Cường độ chảy cốt thép, MPa; d sx , y : Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo tới mép ngồi bê tơng chịu nén theo phương, mm; a= Asx , y f y 0,85 f c'b : Chiều cao vùng nén sau quy đổi, mm - Diện tích cốt thép chịu uốn theo phương: + Phương dọc cầu: As = 136    362 = 138431.139(mm2 ) + Phương ngang cầu: As = 45    362 = 45804.421(mm2 ) - Khoảng cách từ tâm cốt thép chịu kéo tới mép ngồi bê tơng chịu nén theo phương: +Phương dọc cầu: ds = 1800 − 100 = 1700 (mm) + Phương ngang cầu: ds = 8114 −100 = 8014 (mm) - Chiều cao vùng nén sau quy đổi theo phương: A f 138431.139  500 + Phương dọc cầu: adoc = sx , y y' = = 401.444(mm) 0,85 f c b 0.85  25  8114 SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 225 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO + Phương ngang cầu: angang = Asx , y f y ' c 0.85 f b = 45804.421 500 = 598.751(mm) 0.85  25  1800 - Sức kháng uốn mặt cắt theo phương: + Phương dọc cầu: a 401.444    M ry =   Asy  f y   d sy −  = 0.9  138431.139  500  1700 −  2    = 9.34  1010 ( Nmm) = 93396.041( KNm) + Phương ngang cầu: a 598.751    M rx =   Asx  f y   d sx −  = 0.9  45804.421 500   8014 −  2    = 1.59  1011 ( Nmm) = 159007.923 ( KNm) - Kiểm toán khả chịu nén kết hợp với uốn phương tiết diện: M ux M uy 40669.8 29230.421 + = + = 0.619  M rx M ry 93396.04 159007.923 Vậy cốt thép bố trí thỏa điều kiện chịu lực tiết diện 8.7.2.2 Kiểm tra nứt: Tiến hành kiểm tra nứt cho trụ TTGH Sử dụng Momen lớn TTGH Sử dụng mặt cắt 2-2 (chân trụ đặc) tổ hợp bất lợi là: M s = 30629.32(kNm) = 3.063  1010 ( N ) As =184235.56(mm ) Điều kiện kiểm tra: S 123000 e − 2d c s fs Trong đó:  e = 1: Hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc kết cấu với môi trường; dc = 100: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép ngồi bê tơng chịu kéo, mm s = + dc 100 = 1+ = 1.086 0,7 ( h − dc ) 0.7  (1800 − 100 ) Tỷ số modun đàn hồi thép bê tông: n = Es 200000 = = 7.934 Ec 26469 Chiều dày vùng nén sau nứt: SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 226 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO  7.934  184235.56   nAs  2d s b  1700  8114 − 1 = − 1  +  1+ b  nAs 8114 7.934  184235.56    = 622.943 (mm) x= Momen quán tính tiết diện nứt: bx3 8114  622.9433 2 I cr = + nAs ( d s − x ) = + 7.934  184235.56  (1700 − 622.943) 3 12 = 2.349  10 (mm ) Ứng suất cốt thép tải trọng trạng thái giới hạn sử dụng gây ra: Ms 3.063  1010 fs = ( ds − x ) n = (1700 − 622.943)  7.934 = 111.402(MPa) I cr 2.349 1012 Khoảng cách tối thiểu thép: Smin = 123000 e 123000  − 2d c = − 100 = 816.483(mm) s fs 1.086  111.402 Ta có: S = 100(mm)  Smin = 816.483 (mm) Vậy tiết diện thỏa điều kiện chống nứt 8.7.2.3 Thiết kế cốt đai: Tiến hành tính tốn bố trí cốt đai cho trụ theo phương ngang cầu ứng với lực cắt: Vu = Hx = 3186.297(KN) = 3186297.215 (N) Khả chịu cắt bê tông phải thỏa mãn: Vn  Vu Trong đó:  = 0,9 : Hệ số sức kháng cắt; Vu : Lực cắt lớn chân tường thân, N Vn : Khả chịu cắt cấu kiện, N; Vn = Vc + Vs Với: Vc : Sức kháng cắt bê tông, N; Vc =  12 f c' bv d v  = : Hệ số khả bê tông bị nứt chéo trường hợp giả thiết khả chịu cắt thép đai nhỏ ứng với vết nứt  = 450 f c' = 25 : Cường độ chịu nén bê tông, MPa; SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 227 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO bv = 8114 : Bề rộng bụng hữu hiệu lấy bề rộng bụng nhỏ nhất, mm; dv : Khoảng cách từ trọng tâm vùng nén tới trọng tâm vùng kéo d s − 0.5a = 8014 − 0.5  598.751 = 7714.341(mm)  d v = max 0.72h = 0.72  8114 = 5841.876(mm) 0.9d = 0.9  8014 = 7212.35(mm) s  = 7714.341(mm) Khả chịu cắt bê tông: Vc =  f c' bv d v 12 =   25  8114  7714.341 = 5.216  107 ( N )  Vu = 3186297.215( N ) 12 Ta thấy bê tông tường thân đủ khả chịu cắt nên bố trí cốt đai theo cấu tạo Chọn cốt thép đai  = 16(mm) , f vy = 400 ( MPa) , bố trí nhánh Kiểm tra bước đai theo cấu tạo: - Nếu Vu  0,1 f c'bv d v s  ( 0,8d v ;600mm ) - Nếu Vu  0,1 f c'bv d v s  ( 0, 4d v ;300mm ) Ta có: 0,1 f c'bv d v = 0,1 25  8114  7714.341 = 1.565  108 ( N )  Vu = 3186297.215( N )  s  ( 0,8d v ;600mm ) = ( 0.8  7714.341;600 ) = 600( mm) Vậy chọn s = 200 (mm) Hình 8.7 Bố trí cốt thép thân trụ SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 228 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO 8.7.3 Thiết kế bố trí cốt thép cho xà mũ: 8.7.3.1 Thiết kế cốt thép chịu uốn: M u = 5338.625(KNm) = 5.339  109 (Nmm) Tiết diện tính toán: Bxh= 2000 x 1200 (mm) Chọn khoảng cách từ mép bê tơng chịu kéo ngồi đến trọng tâm cốt thép chịu kéo đoạn abv = 50 (mm) Giả sử  = 0,9 Chiều cao làm việc tiết diện: ds = h − a bv = 1200 − 50 = 1150 (mm) Hệ số quy đổi chiều cao vùng nén:  0,85  1 = 0, 65  0, 05 ' 0,85 − ( fc − 28)  f c'  28(MPa) f c'  56(MPa) 28  f c'  56(MPa) Ta có: f c' = 25(MPa)  1 = 0,85 Chiều cao vùng nén xác định sau: a = d s − d s2 − 2M u  0,85 f c'b = 1150 − 11502 − c= a 1 =  5.339  109 = 128.55( mm) 0.9  0.85  25  2000 128.55 = 151.2(mm) 0.85 Hệ số sức kháng:  ds   1150  − 1 = 0.65 + 0.15   − 1 = 1.64  0.9  151.2   c   = 0.65 + 0.15  Chọn  = 0.9 Kiểm tra điều kiện chảy dẻo: c 151.2 = = 0.1315  0.6 (thỏa) d s 1150 Diện tích cốt thép cần thiết: 0,85 f c'ab 0.85  25  128.55  2000 As = = = 10926.91(mm2 ) fy 500 Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu: M cr = 1  3Sc f r SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 229 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO Trong đó:  = 1.6 : Hệ số biến động momen nứt uốn; 3 = fy fu = 500 = 0.76 : Tỷ số cường độ chảy dẻo cường độ kéo cực hạn 650 thép CB300-V; Sc : Momen chống uốn tính cho thớ chịu kéo cùng; bh 2000  12002 Sc = = = 4.8  108 (mm3 ) 6 fr: Cường độ chịu kéo uốn bê tông; f r = 0,63  f c' = 0.63  25 = 3.15( Mpa)  M cr = 1.6  0.76  4.8  108  3.15 = 1.839  109 ( Nmm) 9 min( M cr ;1.33M u ) (1.839 10 ; 1.33  5.339 10 ) As ,min = = a 128.55     f y  ds −  0.9  500  1150 −  2    = 3808.873(mm ) Ta thấy: As = 10926 91(mm )  As ,min = 3808.873(mm )  As ,tk = As = 10926.91(mm ) Chọn thép  30 để bố trí có as = 706.858(mm ) Bước thép cần thiết: s= asb 706.858  2000 = = 129.379(mm) As 10926.913 Vậy chọn lớp thép với bước thép: s = 200(mm) 8.7.3.2 Kiểm toán nứt : Tiến hành kiểm tra nứt cho xà mũ TTGH Sử dụng Momen lớn TTGH Sử dụng là: M s = 3920.049 = 3.92  109 ( N ) As = n    D2 = 20  Điều kiện kiểm tra:   302 = 14137.166(mm2 ) S SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG 123, 000 e − 2d c s f s MSSV:1851110039 Trang: 230 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO Trong đó:  e = 1: Hệ số xét tới điều kiện tiếp xúc kết cấu với môi trường; dc = 100: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép ngồi bê tơng chịu kéo, mm s = + dc 100 = 1+ = 1.13 0.7 ( h − dc ) 0.7  (1200 − 100 ) Tỷ số modun đàn hồi thép bê tông: n = Es 200000 = = 7.56 Ec 26469 Chiều dày vùng nén sau nứt:  7.56  14137.167   nAs  2d s b  1150  2000 − 1 = − 1  +  1+ b  nAs 2000 7.56  14137.167    = 301.126 (mm) x= Momen quán tính tiết diện nứt: bx3 2000  301.1263 2 I cr = + nAs ( d s − x ) = + 7.56  14137.126  (1150 − 301.126 ) 3 10 = 9.52 10 (mm ) Ứng suất cốt thép tải trọng trạng thái giới hạn sử dụng gây ra: fs = Ms 3.92  109 d − x n =  (1150 − 301.126 )  7.56 = 264.177( MPa) ( s ) I cr 9.52  1010 Khoảng cách tối thiểu thép: Smin = 123000 e 123000  − 2d c = −  100 = 212.08(mm) s fs 1.13  264.177 Ta có: S = 200 (mm)  Smin = 212.08 (mm) Vậy tiết diện thỏa điều kiện chống nứt 8.7.3.3 Thiết kế cốt đai: Tiến hành tính tốn bố trí cốt đai cho tường thân theo phương dọc cầu ứng với lực cắt: Vu = Hx = 92.657(KN) = 9.27x104(N) Khả chịu cắt bê tông phải thỏa mãn: Vn  Vu Trong đó:  = 0.9 : Hệ số sức kháng cắt; Vu : Lực cắt lớn nhất, N SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 231 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO Vn : Khả chịu cắt cấu kiện, N; Vn = Vc + Vs Với: Vc - Sức kháng cắt bê tông, N;  f c' bv d v 12  = : Hệ số khả bê tông bị nứt chéo trường hợp giả thiết khả Vc = chịu cắt thép đai nhỏ ứng với vết nứt  = 450 f c' = 25 : Cường độ chịu nén bê tông, MPa; bv = 2000 : Bề rộng bụng hữu hiệu lấy bề rộng bụng nhỏ nhất, mm; dv : Khoảng cách từ trọng tâm vùng nén tới trọng tâm vùng kéo ds − 0.5a = 1150 − 0.5  128.55 = 1085.724(mm)  d v = max 0,72h = 0.72  1200 = 864(mm) 0,9d = 0.9  1150 = 1035(mm) s  = 1085.724(mm) Khả chịu cắt bê tông: Vc =  f c' bv d v 12 =   25  2000  1085.724 = 1.81 106 ( N )  Vu = 92657.2( N ) 12 Chọn cốt thép đai  = 16(mm) , f vy = 400 ( MPa) , bố trí nhánh Kiểm tra bước đai theo cấu tạo: 0.1 f c ' bv  d v = 0.1 25  2000  1085.724 = 5.43  106 N >Vu Suy ra: s  ( 0,8d v ;600mm ) = 600 mm Vậy chọn s=200mm SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 232 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO Chương 9: THI CƠNG CỌC KHOAN NHỒI 9.1 Trình tự thi cơng cọc khoan nhồi Hình 9.1 Sơ đồ thi cơng 9.2 Phịng ngừa cố thi cơng cọc khoan nhồi Những cố thường gặp như: sụt lỡ thành lỗ, ống vách bị kẹp chặt, cốt thép trồi lên, uống cong, sai sót đổ bê tơng 9.2.1 Đề phịng sụt lỡ thành thi cơng khơng có ống vách ❖ Nguyên nhân gây cố Các nguyên nhân chủ yếu trạng thái tĩnh: - Độ dài ống giữ khơng đủ; - Duy trì áp lực cột nước khơng đủ; - Mực nước ngầm có áp lực tương đối cao; - Tỷ trọng nồng độ dung dịch bentonite không đủ; Do tốc độ làm lỗ nhanh chưa kịp hình thành màng dung dịch lỗ Các nguyên nhân chủ yếu trạng thái động: - Ống giữ bị biến dạng đột ngột hình dạng khơng phù hợp; - Dùng gầu ngoạm kiểu búa, đào xúc mạnh cuội sỏi đáy ống giữ, làm cho đất xung quanh bị bung ra; - Khi hạ cốt thép ống dẫn va vào ống giữ làm cho bị lún xuống; - Khi hạ khung cốt thép va vào thành hố làm vỡ màng dung dịch ❖ Cách phòng tránh - Chú ý lắp dựng ống giữ phải đảm bảo độ thẳng đứng, với phương pháp thi cơng tuần hồn nghịch mấu chốt việc quản lý dung dịch có thỏa đáng hay khơng SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 233 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO Khi có mực nước ngầm, phải đặt biệt ý xem có kẹp tầng thấm nước hay không Khi cốt nước ngầm chịu áp lực tầng cao mực nước ngầm tầng thiết phải trì đủ áp lực dung dịch, làm lỗ gặp tầng sỏi cuội làm rò rỉ nhiều dung dịch phải tính đến việc thay đổi phương án thi công Chú ý đến tốc độ làm lỗ, nhanh dẫn đến thành hố khoang chưa kịp hình thành màng bảo vệ, ngồi tầng cát sỏi thiết phải ý bàn quay nhanh bị rung theo chiều ngang Nếu trạng thái tĩnh sinh tượng sạt lỡ phải dừng thi cơng điều tra ngun nhân, trường hợp không khắc phục cố cần nhanh chống lấp bỏ lỗ khoang để ngăn ngừa ảnh hưởng đến hồ bên cạnh gây an toàn thi công Dùng đất sét để lắp bỏ hố khoan trường hợp bất đắ dĩ dùng vữa xi măng cát theo tỉ lệ 5-8% để thi công làm lỗ không bị ảnh hưởng đất lấp lỗ chưa ỗn định 9.2.2 Đề phịng khơng rút ống chống lên cơng có ống vách ❖ Nguyên nhân Do gặp tầng cát (cát cố kết lại), sét (lực ma sát lớn lực nhổ + rung), lực thiết bị thi công Khi đổ bê tông đổ lượng lớn độ dài tiếp xúc ống bê tông lớn bê tông trộn lâu làm cho lực ma sát tăng lên rút ống không Do không dảm bảo độ thẳng đứng ống vách ❖ Cách phòng tránh Trước bắt đầu phải nghiên cứu kỹ việc lựa chọn phương pháo thiết bị tho công, ý đảm bảo độ thẳng đứng lỗ khoan, đường kính ngịai lưới nhọn ống chống phải lớn đường kính ngồi ống khoan từ 10-20mm để giảm bớt lực ma sát rút ống Sau kết thúc việc làm lỗ trước đổ bê tông phải thường xuyên rung lắc ỗng chống đồng thời thủ nâng hạ lên xuống chút (không 15cm) để giảm lực ma sát bên Điều chỉnh hướng thiết bị rút ống phù hợp với hướng ống vách SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 234 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO Bảng 9.1 Một số máy nhỏ Nhật 9.2.3 Đề phòng khung cốt thép bị trồi lên ❖ Nguyên nhân Thành ống chống chứa vữa dính bám đất cát, ống méo mó rút lên kéo theo cốt thép Cự lý đường kính ngồi khung cốt thép với thành ống vách nhỏ có cốt liệu kẹt Bản thân cốt thép bị cong vênh, chỗ buộc cốt thép không chắc, ống vách nghiêng làm cho lồng thép đè lên thành ống vách Áp lực bê tông đổ theo kiểu vữa dâng làm trồi cốt thép lên ❖ Giải pháp Trước tạo lỗ phải kiểm tra kỹ hình dạng ống vách, sau hồn thành việc tạo lỗ mở gầu ngoạm nâng lên hạ xuống cho cạo bùn đất bám vào thành ống chống Tránh việc dừng lại lâu đổ bê tông đảm bảo độ lưu động trước đổ bê tông Phải làm cho cự ly cốt thép đai thành ống vách lớn lần đường kính lớn hạt cốt liệu thơ Tăng cường độ xác gia cơng cốt thép, đề phịng biến dạng vận chuyển, ý đến độ thẳng đứng cốt thép hạ xuống hố khoan Khi đổ bê tông mà phát cốt thép trồi lên phải dừng việc thi công rung lắc ống chống theo nhiều hướng khác để cắt đứt vướng mắc cốt thép ống chống Trường hợp đổ bê tông rút ống lên mà thấy cốt thép bê tơng trồi theo cố nghiêm trọng thân cọc với tầng với tầng đất không SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 235 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO liên kết chặt, xuất khoảng hỏng không rút tiếp mà phải làm cọc bù Khi có tượng cốt thép trồi lên chừng dừng lại phải nghiêng cứu lại điều kiện thiết kế khơng có vấn đề tiếp tục thi công kiểm tra sức chịu tải cọc khơng đảm bảo phải bù cọc 9.2.4 Đề phịng có khí độc hố khoan Có số cơng trình, cấu tạo địa chất nguyên nhân khác lỗ khoan chưa hoàn thành có khí độc hố khoan (metan, sulfua), xuất hiện tượng thiếu oxy Thực tế xảy thương vong nguyên nhân này, trước thi cơng phải điều tra tình hình thực tế vùng cận xung quanh để tránh tai họa ngầm xảy Khi dùng phương pháp thi cơng có ỗng vách hàn khung thép gần miệng hố khoan ý tia lửa hàn bén vào hố khoan gây cháy nổ trước hàn phải dùng thiết bị thăm dò khí độc Trường hợp có khí cháy hố khoan dùng cách xã nước vào để đẩy khí lượng khí dùng dây lửa đố bỏ khí SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 236 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KĨ SƯ GVHD: TS.VÕ VĨNH BẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình cầu bê tông cốt thép theo TCVN 11823: 2017- TS Mai Lựu, ThS Lê Hồng Lam [2] Hướng dẫn tính tốn cầu bê tơng cốt thép theo TCVN 11823: 2017- TS Mai Lựu, ThS Lê Hồng Lam [3] Kết cấu bê tông cốt thép theo quy phạm Hoa Kỳ - TS Nguyễn Trung Hòa [4] Thiết kế mố trụ cầu – TS Phan Quốc Bảo [5] Nền móng cơng trình cầu đường - GS TSKH Bùi Anh Định, PGS TS Nguyễn Anh Ngọc [6] Phân tích tính tốn móng cọc – PGS TS Võ Phán, Th.S Hồng Thế Thao [7] Thi cơng cầu – ThS Nguyễn Đình Mậu [8] Thiết kế kết cấu thép theo quy phạm Hoa Kỳ AISC 360-210 – TS Đoàn Định Kiến [9] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11823-2017 [11] ASSHTO LRFD Bridge design specifications 2014 [12] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4054-2005 Đường ô tô – Yêu cầu thiết kế SVTH: LÊ THANH PHƯƠNG MSSV:1851110039 Trang: 237