Danh Phan Trang Nhi ĐH GTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD ThS PHAM NGỌC BẢY PHỤ LỤC 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤ CẦU MỤC LỤ SVTH NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV 5951010203 Trang 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD ThS PHAM NGỌC BẢY 1[.]
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY PHỤ LỤC TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤ CẦU MỤC LỤ SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY 1.1 Số liệu chung 1.2 Lựa chọn kích thước hình học trụ cầu T3 1.2.1 Loại trụ 1.2.2 Kích thước xà mũ trụ .9 1.2.2.1 Theo phương ngang cầu 1.2.2.2 Theo phương dọc cầu 10 1.2.3 Kích thước thân trụ 11 1.3 Kích thước bệ trụ 11 1.4 Tổng thể kích thước trụ cầu T3 .11 1.5 Xác định tải trọng tác dụng lên trụ 12 1.5.1 Tĩnh tải tác dụng lên kết cấu nhịp 12 1.5.1.1 Trọng lượng thân dầm chủ 12 1.5.1.2 Trọng lượng mặt cầu .12 1.5.1.3 Trọng lượng dầm ngang .12 1.5.1.4 Trọng lượng ván khuôn 13 1.5.1.5 Trọng lượng đá kê gối 13 1.5.1.6 Trọng lượng lan can .13 1.5.1.7 Trọng lượng lớp phủ mặt cầu .13 1.5.1.8 Trọng lượng dải phân cách cứng 13 1.5.1.9 Tổng hợp tĩnh tải giai đoạn giai đoạn .13 1.5.2 Tĩnh tải trọng lượng phận trụ: 13 1.6 Hoạt tải ô tô 14 1.6.1 Hoạt tải tác dụng lên kết cấu nhịp 14 1.6.2 Lực hãm xe (BR) 14 1.6.3 Lực ly tâm (CE) 15 1.6.4 Tải trọng gió (WL, WS) .15 1.6.4.1 Vận tốc gió thiết kế .15 SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY 1.6.4.2 Tải trọng tác động lên cơng trình 16 1.6.4.3 Tải trọng gió tác động lên xe cộ 19 1.6.5 Tải trọng nước .20 1.6.5.1 Áp lực nước tĩnh 20 1.6.5.2 Lực đẩy (WA) 20 1.6.5.3 Áp lực dòng chảy 21 1.6.6 Tải trọng va tàu thuyền 22 1.6.6.1 Loại tàu xà lan thiết kế 22 1.6.6.2 Lực va tàu vào trụ 22 1.6.6.3 Lực va xà lan vào trụ 22 1.7 Tổ hợp tải trọng tác dụng lên mặt cắt .23 1.7.2 Tính hệ số phân bố tải trọng 23 1.7.3 Tổ hợp tải trọng mặt cắt III-III ( xà mũ ) .23 1.7.4 Tổ hợp tải trọng mặt cắt II-II ( đỉnh bệ trụ ) 24 1.7.5 Tổ hợp tải trọng mặt cắt I-I ( đáy bệ trụ ) 24 1.8 Kiểm toán mặt cắt .25 1.8.1 Ngun tắc tính tốn 25 1.8.1.1 Tính tốn bố trí cốt thép chịu momen uốn .25 1.8.1.2 Kiểm toán khả chịu cắt mặt cắt 25 1.8.1.3 Kiểm tra khả chống nứt mặt cắt 26 1.8.2 Kiểm toán mặt cắt III-III ( xà mũ) .26 1.8.2.2 Kiểm toán khả chịu uốn mặt cắt 27 1.8.2.3 Kiểm toán khả chịu cắt mặt cắt 28 1.8.2.4 Kiểm toán khả chống nứt mặt cắt 28 1.8.3 Kiểm toán mặt cắt II-II ( đỉnh bệ ) .28 1.8.3.2 Kiểm toán khả chịu uốn mặt cắt 29 1.8.3.3 Kiểm toán khả chịu cắt mặt cắt 30 1.8.3.4 Kiểm toán khả chống nứt mặt cắt 30 SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY 1.8.4 Kiểm toán mặt cắt IV-IV ( mặt cắt vng góc đáy bệ) 31 1.8.4.2 Kiểm toán khả chịu uốn mặt cắt 31 1.8.4.3 Kiểm toán khả chịu cắt cắt .32 1.8.4.4 Kiểm toán khả chống nứt mặt cắt 33 SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1.1 Kích thước xà mũ trụ theo phương ngag cầu Hình 1.2 Kích thước xà mũ trụ theo phương dọc cầu 10 Hình 1.3 Kích thước tổng thể trụ cầu T3 12 Hình 1.4 Xếp hoạt tải lên ĐAH phản lực gối 14 Hình 1.5 Sơ họa mặt cắt kiểm toan trụ cầu 23 Hình 1.6 Sơ đồ dầm công xon 26 Hình 1.7 Mặt cắt xà mũ 27 Hình 1.8 Bố trí cốt thép mặt cắt ngang 28 Hình 1.9 Cột chịu lực lệch tâm .29 Hình 1.10 Bố trí cốt thép thân trụ mặt cắt ngang 30 Hình 1.11 Sơ đồ tính tốn dầm công xon 31 Hình 1.12 Mặt cắt ngang bệ trụ 32 Hình 1.13 Bố trí cốt thép mặt cắt dầm ngang 32 DANH MỤC BẢNG BIỂ SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY Bảng 1.1 Kích thước tổng thể trụ cầu theo phương dọc cầu 10 Bảng 1.2 Kích thước tổng thể trụ cầu theo phương ngang cầu .10 Bảng 1.3 Tổng hợp tĩnh tải giai đoạn giai đoạn 11 Bảng 1.4 Tải trọng gió ngang tác dụng lên xà mũ 15 Bảng 1.5 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đỉnh bệ 15 Bảng 1.6 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đáy bệ 15 Bảng 1.7 Tải trọng gió ngang tác dụng lên xà mũ 15 Bảng 1.8 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đỉnh bệ 16 Bảng 1.9 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đáy bệ 16 Bảng 1.10 Tải trọng gió ngang tác dụng lên xà mũ 16 Bảng 1.11 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đỉnh bệ 16 Bảng 1.12 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đáy bệ 17 Bảng 1.13 Tải trọng gió ngang tác dụng lên xà mũ 17 Bảng 1.14 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đỉnh bệ 17 Bảng 1.15 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đáy bệ 17 Bảng 1.16 Bảng tải trọng mặt cắt III-III .21 Bảng 1.17 Bảng tổ hợp tải trọng mặt cắt III-III 22 Bảng 1.18 Tổng hợp tải trọng mặt cắt II-II 22 Bảng 1.19 Tổng hợp tải trọng mặt cắt I-I 22 Bảng 1.20 Kết khả chịu uốn 26 Bảng 1.21 Kết khả chịu cắt 26 Bảng 1.22 Kết khả chống nứt 27 Bảng 1.23 Kết kiểm toán chịu uốn 28 Bảng 1.24 Kết kiểm toán khả chịu cắt 29 Bảng 1.25 Kết kiểm toán khả chống nứt .29 Bảng 1.26 Kết kiểm toán khả chịu nứt 31 Bảng 1.27 Kết kiểm toán khả chịu cắt 31 SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY Bảng 1.28 Kết khả chống nứt 31 SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1 Số liệu chung GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY Loại trụ: trụ đặc than hẹp BTCT đặt móng cọc đóng 40x40 cm Loại cọc: cọc đóng, kích thước 400x400mm, chiều dài dự kiến 35.8m Số liệu địa chất từ xuống: Lớp 1: Bùn sét, màu xám xanh Lớp 2: Cát hạt nhỏ - trung, màu xám, kết cấu chặt vừa Lớp 3: Sét xen kẹp cát, màu xám đen, trạng thái dẻo mềm Lớp 4: Cát hạt nhỏ, màu xám vàng, kết cấu chặt Số liệu điều kiện thủy văn: Mực nước cao nhất: -1.5m Mực nước thông thuyền: -6.5m Mực nước thấp nhất: -12.8m Chỉ tiêu lý vật liệu: Bêtông có: ' 0,33 f’c = 30Mpa; bt = 25 kN/m3; Ec = 0,017×K1× wc ×(f c ) Mpa Cốt thép theo TCVN A615M có: fy = 420 Mpa; Es = 200 000Mpa 1.2 Lựa chọn kích thước hình học trụ cầu T3 1.2.1 Loại trụ Đối với kết cấu nhịp giản đơn chọn hai hình thức: Trụ đặc thân hẹp trụ thân cột Chọn hình dạng trụ: Là trụ đặc thân hẹp 1.2.2 Kích thước xà mũ trụ 1.2.2.1 Theo phương ngang cầu Hình 1.2.2.1.a.1.1.1 Kích thước xà mũ trụ theo phương ngag cầu SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kích thước mũ trụ theo phương ngang cầu: GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY Amin= (n-1).a2+a0+2(15-20)+2a1 Trong đó: n: Số lượng dầm chủ KCN, n=6 a2: Khoảng cách dầm chủ, a2= 250 cm a0: Kích thước gối theo phương ngang cầu, a0=46cm a1: Khoảng cách từ mép đá kê đến mép xà mũ theo phương ngang cầu Được xác định phụ thuộc vào loại kết cấu nhịp: KCN bản: a1= 20cm KCN khác, sử dụng gối cao su thép, gối tiếp tuyến a1= 30cm KCN khác, sử dụng gối quay lăn a1= 50cm Do sử dụng gối cao su thép nên a1= 30cm Amin= (6-1)x250 + 46 + 2x20 + 2x30 = 1396 (cm) => Chọn A=1400cm 1.2.2.2 Theo phương dọc cầu Hình 1.2.2.2.a.1.1.1 Kích thước xà mũ trụ theo phương dọc cầu Kích thước mũ trụ theo phương dọc cầu: Bmin=b3+b2’+b2”+b0+2.(15÷20)+2.b1 Trong đó: b2’, b2”: Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối, b2’= b2”= 30 cm b3: Khoảng cách đầu dầm, b3= cm b0: Kích thước gối theo phương dọc cầu, b3= 31 cm b1: Khoảng cách từ mép đá kê đến mép xà mũ theo phương dọc cầu, xác định phụ thuộc vào chiều dài nhịp: L= 15-20m: b1= 15cm L= 30-100m: b1= 25cm L >100m: b1= 35cm SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vì chiều dài nhịp L=33m nên b1= 25cm GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY => Bmin = + 30 + 31 + 2x15 + 2x25 = 146 (cm) => Chọn bề rộng xà mũ theo phương dọc cầu B =200 (cm) Chiều cao xà mũ trụ: Tổng chiều dày xà mũ 1.4-1.6m chọn lớn Vậy chọn chiều dày mũ h=140cm chiều dày phần thẳng đứng 0.7m phần vát 0.7m Phần hẫng xà mũ tối đa 1.5-3 m tính từ mép thân trụ, chọn phần hẫng 2.25m 1.2.3 Kích thước thân trụ Bề rộng thân trụ nhỏ bề rộng cạnh nhỏ xà mũ bên 0.25-0.5m Chiều dày thân trụ 150 -180cm (đối với trụ đặc thân hẹp), D= 120- 180cm (đối với trụ thân cột) nhỏ bề rộng cạnh xà mũ bên 0.25 – 0.5m 1.3 Kích thước bệ trụ Theo phương ngang cầu: Bề rộng bệ trụ lớn thân trụ từ 0.5- 1m bên Theo phương dọc cầu: bề rộng bệ trụ lớn thân trụ từ 1- 2m bên Chiều dày bệ 150- 250cm 1.4 Tổng thể kích thước trụ cầu T3 Hình 1.4.1.1.a.1.1.1 Kích thước tổng thể trụ cầu T3 SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ phận At Cd Xà mũ 50.3 Thân trụ 9.90 1.2 0.8 GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY 1.8*A t 0.0006.V At.C 90.59 22.65 90.59 17.82 3.16 17.82 d PD Z2 (m) 12.8 14.6 Mx (kN.m) 1164.47 261.60 x (m) 0.3 0.3 Mz (kN.m) -27.18 -5.35 Cánh tay địn tính đến đáy bệ: Z3 Bảng 1.6.4.2.b.1.1.1.3 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đáy bệ Bộ phận At Cd Kết cấu nhịp 50.3 Lan can 9.90 Xà mũ 50.3 Thân trụ 9.90 1.2 0.8 1.2 0.8 1.8*A t 0.0006.V2.At.C 90.59 22.65 90.59 17.82 3.16 17.82 90.59 22.65 90.59 17.82 3.16 17.82 d PD Z3 (m) 14.8 16.6 14.8 16.6 Mx (kN.m) 1345.64 297.24 1345.64 297.24 x (m) 0.3 0.3 0.3 0.3 Mz (kN.m) 27.18 5.35 -27.18 -5.35 c Tải trọng gió dọc với vận tốc V = 41.42 m/s Tải trọng gió dọc lấy 25% với tải trọng gió ngang Cánh tay địn tính đến xà mũ: Z1 Bảng 1.6.4.2.c.1.1.1.1 Tải trọng gió ngang tác dụng lên xà mũ Bộ phận Kết cấu nhịp Xà mũ At Cd 1.8*A t 0.0006.V2.A.Cd PD Z1 (m) Mx (kN.m) x (m) Mz (kN.m) 45.75 1.20 82.35 56.512 82.35 3.225 265.579 0.00 0.000 18.2 0.525 32.760 9.836 32.76 1.050 34.398 0.00 0.000 Cách tay địn tính đến đỉnh bệ: Z2 Bảng 1.6.4.2.c.1.1.1.2 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đỉnh bệ Bộ phận Kết cấu nhịp Xà mũ Thân trụ At Cd 1.8*At 0.0006.V2.At.Cd PD Z2 (m) Mx (kN.m) x (m) Mz (kN.m ) 45.75 1.20 82.35 56.512 82.35 12.855 1058.609 0.00 0.000 18.20 0.525 32.760 9.836 32.760 10.680 349.877 0.00 0.000 89.908 0.525 161.834 48.588 161.834 5.165 835.870 0.00 0.000 Cánh tay địn tính đến đáy bệ: Z3 Bảng 1.6.4.2.c.1.1.1.3 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đáy bệ Bộ phận At Cd 1.8*A t 0.0006.V2.At.Cd PD Z3 (m) Mx (kN.m) x (m) Mz (kN.m) Kết cấu 45.75 1.20 82.35 56.51 82.35 14.86 1223.31 0.00 0.00 SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY Bộ phận At Cd 1.8*A t 0.0006.V2.At.Cd PD nhịp Xà mũ 18.20 0.53 32.76 9.84 Thân trụ 89.91 0.53 161.83 48.59 32.76 161.8 Z3 (m) Mx (kN.m) x (m) Mz (kN.m) 12.68 415.40 0.00 0.00 7.17 1159.54 0.00 0.00 d Tải trọng gió dọc với vận tốc V = 25 m/s Cánh tay địn tính đến xà mũ: Z1 Bảng 1.6.4.2.d.1.1.1.1 Tải trọng gió ngang tác dụng lên xà mũ Bộ phận Kết cấu nhịp Xà mũ At Cd 1.8*A t 0.0006.V2.A.Cd PD Z1 (m) Mx (kN.m) x (m) Mz (kN.m) 45.75 1.20 82.35 20.59 82.35 3.23 265.58 0.00 0.00 18.20 0.53 32.76 3.58 32.76 1.05 34.40 0.00 0.00 Cách tay địn tính đến đỉnh bệ: Z2 Bảng 1.6.4.2.d.1.1.1.2 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đỉnh bệ Bộ phận Kết cấu nhịp Xà mũ Thân trụ At Cd 1.8*At 0.0006.V2.At.Cd PD Z2 (m) Mx (kN.m) x (m) Mz (kN.m ) 45.75 1.20 82.35 20.59 82.35 12.86 1058.61 0.00 0.00 18.20 0.53 32.76 3.58 32.76 10.68 349.88 0.00 0.00 89.91 0.53 161.83 17.70 161.83 5.17 835.87 0.00 0.00 Cánh tay địn tính đến đáy bệ: Z3 Bảng 1.6.4.2.d.1.1.1.3 Tải trọng gió ngang tác dụng lên đáy bệ Bộ phận Kết cấu nhịp Xà mũ Thân trụ At Cd 1.8*A t 0.0006.V2.At.Cd PD Z3 (m) Mx (kN.m) x (m) Mz (kN.m) 45.75 1.20 82.35 20.59 82.35 14.86 1223.31 0.00 0.00 18.20 0.53 32.76 3.58 12.68 415.40 0.00 0.00 89.91 0.53 161.83 17.70 32.76 161.8 7.17 1159.54 0.00 0.00 1.6.4.3 Tải trọng gió tác động lên xe cộ a Tải trọng gió ngang Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ lấy 1.5 kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu đặt cách mặt đường hWL = 1.8 m Trị số tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ: Tải trọng phân bố tải trọng gió ngang, qgio= 1.5 kN/m Điểm đặt lực cách mặt đường xe chạy h= 1.8 m → Tải trọng gió ngang WLn= 1.5 x(33+33)/2= 49.50 kN SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: 18 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP b Tải trọng gió dọc GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY Tải trọng gió dọc tác dụng lên xe cộ lấy 0.75 kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu, đặt cách mặt đường hWL=1.8m Trị số tải trọng gió dọc tác dụng lên xe cộ: Tải trọng phân bố tải trọng gió ngang qgio= 0.75 kN/m Điểm đặt lực cách mặt đường xe chạy h = 1.8 m Tải trọng gió dọc WLd= 0.75×(33+33)/2= 24.75 kN 1.6.5 Tải trọng nước 1.6.5.1 Áp lực nước tĩnh Công thức xác định: hn2 WA=γ n × Trong đó: hn : chiều sâu cột nước tính từ mực nước thông thuyền đến mặt cắt xét γ n: Trọng lượng riêng nước Tính mặt cắt đỉnh bệ: Chiều cao cột nước từ MNTT đến mặt cắt đỉnh bệ: hn = 13.5 – 11.8 = 1.7 m → 9.81 ×1.7 =14.175 kN /m Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt xét: 1.7/3 = 0.56 m Tính mặt cắt đáy bệ: Chiều cao cột nước từ MNTT đến mặt cắt đáy bệ: hn = 15.5 – 11.8 = 3.7 m → 9.81 ×3.7 =67.15 kN /m Vị trí đặt lực tính từ mặt cắt xét: 3.7/3 = 1.23 m 1.6.5.2 Lực đẩy (WA) Cong thức xác định: B=γ w V o Với Vo : thể tích phần trụ ngập nước Xét mặt cắt đỉnh bệ: Chiều cao cột nước từ MNTC tới mặt cắt đỉnh bệ h1= 6.19 m SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: 19 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Áp lực đẩy B1= 805.71 kN GVHD: ThS PHAM NGỌC BẢY Xét mặt cắt đáy bệ: Chiều cao cột nước từ MNTC tới mặt cắt đỉnh bệ h1= 8.19 m Áp lực đẩy B1= 1435.71 kN 1.6.5.3 Áp lực dòng chảy a Áp lực dòng chảy theo phương dọc cầu Công thức xác định: p = 5,14 10-4CD V2 Trong đó: P: áp lực nước chảy (MPa) CD : hệ số cản trụ theo phương dọc cầu – với trụ đầu tròn (bảng 11 mục 3.7.3.1) CD = 0.7 V :Vận tốc nước thiết kế (Dùng cho TTGH CĐ, SD): V = 2,56 m/s Tính mặt cắt đỉnh bệ: Chiều cao cột nước tính từ mực nước thông thuyền đế đỉnh bệ: h1 = 1.7m → p = 5.14×10-4×0.7×2.562 = 2.258 kN / m2 Diện tích chắn dịng thân trụ: A = h1×dc = 1.7×1.5 = 2.55 kN Lực cản dịng chảy: P = p×A = 2.258×2.55 = 5.75 kN Điểm đặt lực: h p = = h 1.7 =0.85 m Tính mặt cắt đáy bệ: Chiều cao cột nước tính từ mực nước thông thuyền đế đáy bệ: h1 = 3.7m → p = 5.14×10-4×0.7×22 = 1.44 kN / m2 Diện tích chắn dịng thân trụ: A = h1×dc = 3.7×2 = 7.4 kN Lực cản dòng chảy: P = p×A = 2.258×7.4 = 16.71 kN Điểm đặt lực: h p = = h 3.7 =¿ 1.85m b Áp lực dòng chảy theo phương ngang cầu Công thức xác định: p = 5,14 10-4 CL V2 Trong đó: SVTH: NGUYỄN CƠNG TRỌNG MSSV:5951010203 Trang: 20