đồ án thiết kế cầu thiết kế sơ bộ

PHẦN I :LÊN PHƯƠNG ÁN CẦU:1 Vẽ lại mặt cắt ngang sông 2 Chọn sơ bộ L cầu,L nhịp - Chiều dài toàn cầu được lựa chọn theo công thức kinh nghiệm dựa vào MNCN... a Phương án cầu dầm bê tông

PHÂN HIỆU TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

MSV : 5651014049

TP HỒ CHÍ MINH -2018 A: PHẦN THUYẾT MINH, TÍNH TOÁN

PHẦN I :LÊN PHƯƠNG ÁN CẦU:

1) Vẽ lại mặt cắt ngang sông

2) Chọn sơ bộ L cầu,L nhịp

- Chiều dài toàn cầu được lựa chọn theo công thức kinh nghiệm dựa vào MNCN

Ở đây ta chọn sơ bộ L cầu= 176,7 m

- Xác định nhịp thông thuyền: Thiết kế với sông cấp V: Theo tiêu chuẩn TCN

TCVN11823-2017 ta có khổ thông thuyền như sau:

+ Bề rộng khổ thông thuyềnB tt= 25m

+ Tĩnh không dưới cầu : H tt=3,5m

+ Tĩnh không dây điện : h = 8m

- Xác định chiều dài nhịp giữa:

+ Chọn bề rộng trụ: B trụ =1,75 m

+ Khi đó chiều dài nhịp giữa được xác định như sau:

L giữa≥ B tt + 2×2+2×B trụ

2 = 25+4+ 1.75= 30.75 m

 Chọn chiều dài nhịp giữa: L giữa = 33 m

Chọn chiều dài nhịp biên: L biên ≤L giữa

 Chọn chiều dài nhịp biên: L biên = 33 m

- Xác định cao độ đáy dầm: Cao độ đáy dầm xác định dựa vào những điều kiện sau:+ Dựa vào MNTT: CĐĐD ≥ MNTT+H tt =52.13+3.5=55.63m (1)

+ Dựa vào MNCN: CĐĐD ≥ MNCN+0.5 =54.00+0.5=54.5m (sông không có cây trôi đá lăn, đồng bằng) (2)

 CĐĐD = Max ((1);(2)) = 55.63m ( so với mốc so sánh là +0.0m)

- Chọn bán kính đường cong đứng : R

Theo yêu cầu thiết kế: V tk =60 Km/h

- Dựa vào TCVN 4054-2005 ta có bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu:

Bán kính đường cong đứng lồi tối thiều giới hạn : R= 2500 m

Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu thông thường: Chiều dài đường cong đứng tối thiểu: L= 50m

 Chọn bán kính đường cong đứng lồi R=5500m

3.Lên phương án cầu

a) Phương án cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực căng sau

- Thuyết minh giới thiệu chung về phương án

Phương án cầu dầm bê tông cốt thép dự ứng lực có những ưu điểm sau:

+) Giảm được tiếng ồn

- Đề xuất bố trí chung phương án, cấu tạo kết cấu nhịp kết cấu mố trụ

+ Cầu dầm giản đơn BTCT dự ứng lực gồm 5 nhịp, chiều dài mỗi nhịp L n=33m

Bố trí theo sơ đồ :5×33m

+ Có tổng chiều dài toàn cầu L Cầu = 5×33+0,05×6+5,7×2=176,7 m

+ Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu

 Chọn trụ thân hẹp có các kích thước như trong bản vẽ

 Chọn mố chữ U có kích thước như trong bản vẽ

b) Phương án cầu thép liên hợp bản bê tông cốt thép.

- Thuyết minh giới thiệu chung về phương án.

Phương án cầu thép liên hợp bản bê tông cốt thép có những ưu điểm sau:

+) Vật liệu thép có khả năng chịu lực lớn, có độ tin cậy cao

+) Kết cấu nhịp cầu thép có trọng lượng bản thân nhẹ và thanh mảnh hơn nhiều so với kết cấu nhịp cầu bê tông do đó khả năng vượt nhịp lớn

+) Kết cấu nhịp cầu thép có tính linh động cao, dễ chế tạo, dễ tháo lắp thi công lắp ghép do

đó giảm được thời gian thi công

+) Thích hợp trong việc tiêu chuẩn và định hình hoá trong chế tạo do đó hạ được giá thành sản phẩm

+) Kết cấu nhịp cầu thép dễ kiểm tra, tăng cường khi cần thiết

- Đề xuất bố trí chung phương án, cấu tạo kết cấu nhịp kết cấu mố trụ

+ Cầu dầm giản đơn BTCT dự ứng lực gồm 5 nhịp, chiều dài mỗi nhịp L n=33m

Bố trí theo sơ đồ :5×33m

+ Có tổng chiều dài toàn cầu L Cầu = 5×33+0,05×6+5,5×2=176,3 m

+ Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang cầu

 Chọn trụ thân hẹp có các kích thước như trong bản vẽ

 Chọn mố chữ U có kích thước như trong bản vẽ

PHẦN II: PHƯƠNG ÁN CẦU DẦM BÊ TÔNG DƯL CĂNG SAU

I CHỌN KÍCH THƯỚC DẦM CHỦ,KÍCH THƯỚC DẦM NGANG ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT.XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ 1) Thiết kế dầm chủ

Kích thước dầm chủ được lựa chọn như sau:

- Chiều cao dầm chủ H = 1600 mm

- Chiều cao bầu dưới H1 = 250mm

- Chiều cao vút dưới H2 = 200 mm

- Chiều cao sườn H3 = 870 mm

- Chiều cao vút trên H4 = 110mm

- Chiều cao gờ trên H5 = 120mm

- Chiều cao gờ trên cùng H6= 50mm

Chiều cao dầm H không được quy đổi, chiều cao các bộ phận cấu tạo thành hi có thể thay đổi.

Thay đổi chiều dày bản cánh

h’c= F c+F Vc

b c−b w

=2×50250+2× 17875

850−200 = 210 mmThay đổi chiều dày bầu dầm

h’b=F b b+F Vb

b−b w =

2 ×56250+2 ×22500

650−200 = 350 mmThay đổi chiều cao sườn dầm

+ Chiều dài dầm ngang In = 300mm

- Dầm được chế tạo theo công nghệ kéo sau Chiều cao dầm H= 1.6 m

- Bê tông dầm có cường độ chịu nén f ' c =45 Mpa, Bê tông dầm ngang, bản mặt cầu cócường độ chịu nén f ' c = 35Mpa

- Thép cường độ cao sử dụng là thép tự chùng ứng suất, loại bó 7 tao 15.2 mm theo tiêu chuẩn của ASTM A416-85

- Dầm được thi công theo phương pháp lắp ghép, bê tông bản mặt cầu được thi công bằng phương pháp đổ tại chỗ.

- Dọc theo chiều dài nhịp bố trí dầm ngang có kích thước thi công theo phương pháp đúc tại chỗ

 S= 2000 ( S là khoảng cách trung bình của các dầm chủ liền kề nhau)

 Bề rộng bản cánh có hiệu của dầm trong là B i =2000mm

+ Bề rộng bản cánh có hiệu ở dầm ngoài được xác định như sau:

 Bề rộng phần hẫng Sk = 1000m

 B e=B i/2+1000= 2000 mm

Vậy bề rộng bản cánh có hiệu ở dầm ngoài là Bef =2000 mm

Mặt cắt ngang dầm đã quy đổi

Trong tâm của mặt cắt :

3 Hệ số phân bố hoạt tải đối với mô men :

Dựa vào tiêu chuẩn TCVN 11823-2017 với bề rộng làn xe chạy 8m thì bố trí 2 làn xe

 Xác định tham số độ cứng dọc :

K g=n (I + A e2g

)

- Tỷ lệ mô đun đàn hồi giữa dầm và bản

+ Cường độ chịu nén của bê tông làm dầm: f’c1=45Mpa

+ Mô đun đàn hồi của dầm

Ecdầm = 0.0017 × K1 ×Wc2×f’c0.33

K1 : Hệ số điều chỉnh cốt liệu thường được lấy bằng 1

Wc = 2240 + 2,29×45 = 2.343×103 (kg/m3)

Ecdầm = 0,0017 × 1 ×(2,343×103)2×450.33 = 3.278×104 (MPa)

+ Cường độ chịu nén của bê tông làm bản mặt cầu f’c2=35Mpa

+ Mô đun đàn hồi của bản mặt cầu

 Hệ số phân bố momen

- Đối với dầm giữa:

+ Kiểm tra hệ số phân bố mô men thỏa mãn điều kiện TCVN 11823-2017 đối với phạm vi

+ Với dầm chữ I hệ số phân bố ngang được tính theo công thức sau:

Với một làn chịu tải thiết kế chịu tải

+Do cự ly theo chiều ngang cầu của xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế bằng nhau là 1800mm nên ta có sơ đồ xếp tải chung cho cả 2 xe.

0.95 1 1.25 1.5

0.5

0.05

9.3 KN/m

Xếp tải trọng bất lợi lên ĐAH phản lực gối

Tính hệ số phân ngang đối với xe tải và xe 2 trục thiết kế :

+ ble : Bề rộng của lền người đi bộ

+ y1: Tung độ ĐAH tại mép ngoài của ĐAH phản lực khi xếp tải trọng người.+ y2: Tung độ ĐAH tại mép trong của ĐAH phản lực khi xếp tải trọng người

 Nhiều làn chịu tải :

+ Điều kiện áp dụng -300<de=500< 1700 mm

+ Vậy de= 500mm thỏa mãn điều kiện trên

mgb = e× mgdầm trong

trong đó e= 0.77+ d e

2800= 0.77+2800500 = 0.949

mgb = 0.949×0,559= 0,53

mgb= max (mg1lan, mg≥2 lan) = max(0,6; 0,53) = 0,6

 Hệ số phân bố ngang tính toán :

Đối với các kết cấu và bộ phận có mức dư thừa thông thường η R=1

Hệ số xét đến tầm quan trọng công trình trong khai thác η I

Đối với cầu thiết kế là quan trọng η I= 1.05

5.1.1 Tĩnh tải do dầm chủ.

-Tỷ trọng bê tông dầm chủ

γ c= 2343 kg/m3

- Xét đoạn dầm từ đầu dầm đến mặt cắt thay đổi tiết diện

+ Lấy diện tích mặt cắt đầu dầm :

A0 = 1067400 mm2

+Trọng lượng đoạn dầm:

DCd0= γ c ×(A0×(a+1)+0.5×A0+A1

2 )×2 = 8472,147 ( kg)

a : Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối

- Lấy diện tích mặt cắt giữa dầm A1= 614000mm2

5.2 Tĩnh tải giai đoạn II :

5.2.1 Tĩnh tải do lan can, tay vịnh

Trọng lượng

bê tông (kg)

Trọng lượngtrên 1m dài(DC) (KN/m)

Diện tích(m2) Chiều dài(m)

- Lớp bê tông asphant có chiều dày t= 50mm γ = 2250 kg/m3

- Lớp phòng nước có chiều dày t= 10mm γ =1800 kg/m3

- Lớp bê tông bảo vệ t= 40 mm γ =2320 kg/m3

- Bỏ qua trọng lượng vạch sơn ngăn cách lề người đi và bề rộng xe chạy

Cấu tạo xe 2 trục thiết kế

M HL 93=max(M 3 truc , M 2 truc) = 2252,75 (KN.m)

3 Nội lực do hoạt tải gây ra

Mô men do hoạt tải 0.65 HL93 tác dụng tại mặt cắt giữa nhịp có tính đến làn

M LL = 0.65×mg xe ×(1+IM)×M xetk ×m×n+ mg lan ×M lan ×m×n

4 Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn I tại các mặt cắt giữa nhịp :

Dựa vào tiêu chuẩn TCVN 11823-2017 :

- Sử dụng cáp DƯL có độ tự trùng thấp loại: 7 tao 15.2 mm (7k15)

• Bó 7 tao 12.7mm, 7 tao 15.2mm, 12 tao 12.7, 12 tao 15.2mm được sử dụng trong công nghệ căng sau, theo tiêu chuẩn của ASTM A416 – 85 cấp 270

• Diện tích 1 tao đơn 15.2mm: Aps = 1,40 cm2 (tra bảng), diện tích 1 bó 7k15) là Fps =7 x 1,40 = 9,8 cm2

- Các chỉ tiêu của cáp DƯL:

• Mô đun đàn hồi của thép Ep = 197 000 Mpa

• Cường độ chịu kéo fpu = 1860 Mpa

• Cường độ chảy fpy = 90%.fpu Mpa , fpy = 1670 Mpa

2 Sơ bộ chọn bó cáp DƯL

a) Theo trạng thái giới hạn cường độ

- Bỏ qua lượng cốt thép thường, do đó: Aps= M u

+ h: Chiều cao dầm liên hợp

+ Mu: Mômen uốn do tổ hợp tải trọng ở TTGHCI Mu = 15887,157 kN.m + fpu: Cường độ chịu kéo của thép DƯL fpu = 1860 Mpa

=> Diện tích thép DƯL cần bố trí theo TTGHCĐ là

A n A

 1100≤S= 2000≤4900mm : Khoảng cách giữa các tim dầm chủ

 110 ≤ts= 180 ≤300 mm : Chiều dày bản mặt cầu

 6000≤Ltt= 33000≤ 73000 : Chiều dày nhịp tính toán

 Nb = 6 dầm

 Thỏa mãn điều kiện áp dụng

+ Đối với một làn chất tải

mgv1= 0.36+7600S = 0.36+20007600 =0,623

+ Đối với 2 hoặc nhiều làn chất tải

mgv2= 0.2+3600S –(10700S )2 = 0.2+20003600 –(107002000 )2 = 0,721

Chọn giá trị cực đại làm hệ số phân bố lực cắt cho dầm trong :

mgg= max(mgv1,mgv2)= 0,721

- Đối với dầm biên:

+ Đối với một làn chất tải: Tính theo phương pháp đòn bẩy (mục 3)

mgxe = 0,6 ; mglàn = 0,625 ; mgPL = 0,875

+Đối với 2 hoặc nhiều làn chất tải :

Điều kiện áp dụng -300<de=500< 1700 mm (thỏa mãn điều kiện)

mgb = e× mgdầm trong

trong đó e= 0.6+ d e

3000= 0,6+3000500 = 0,767

mgb = 0.767×0,721= 0.553

mgb= max (mg1lan, mg≥2 lan) = max(0,6; 0,553) = 0,6

 Hệ số phân bố ngang tính toán :

b3=50 mm: khoảng cách giữa hai đầu dầm cạnh nhau

b2 ;b2': khoảng cách từ tim gối dầm đến đầu dầm của nhịp biên và nhịp bên phải và bên tráitrụ b2= 300 mm, b’2=300 mm

b1= 250 mm: khoảng cách từ mép bệ kê gối đến mép mũ trụ theo phương dọc cầu

b0 =200 mm: kích thước thớt gối

 b = b3+b2+b’2+bo+ 2×100+2×b1 =50+300+300+200+2×200+2×250 =1750mm

+ Chiều dài mũ trụ: (Theo phương ngang cầu):

Kích thước mũ trụ theo phương ngang cầu

+ Chiều cao thân trụ : 8 m

+ Bề rộng thân trụ theo phương ngang cầu tính phần bo tròn : 8 m

+ Bề rộng trụ theo phương dọc cầu :1,5 m

+ Thân trụ phần bo tròn có R = 0,75 m

+ Chiều cao xà mũ: 1,4 m

+ Chiều rộng xà mũ theo phương ngang cầu: 11,6 m

+ Chiều dài xà mũ theo phương dọc cầu: 1,75 m

Kích thước trụ

2.2.Tĩnh tải

Tĩnh tải tiêu chuẩn bản thân trụ tính theo công thức: Ptrụ =Vc

c : Dung trọng riêng của bê tông: c = 2320 kg/m

Tên cấu kiện Diện tích (m2) hoặc chiềuChiều cao

2.3 Hoạt tải :

0.735 0.868 0.964

0.868 0.537

0.405 0.272

15000

145KN 145KN 35KN 4.3m 4.3m 9.3 KN/m

110KN110KN 1.2m

=(1.2.413,545.(1+0,33).0,721+0,65.4.301,785.0,625).0,9.1,75+1.2.97,35.0,875.1,75

+7649,334.1,25+1,5 809,622 = 12917,54 (KN)

 RCĐ1 = [R1 + Ptrụ .1,25 - Pđn.0.9].1,05

=1,05.( 12917,54 + 3648,937.1,25 – 1257,838.0,9) = 17164 KN

2.4 Tính toán bố trí sơ bộ cọc : 2.4.1 Chọn kích thước cọc:

- Kích thước mặt cắt ngang cọc là cọc vuông cạnh a = 400 mm

-Cường độ bê tông thân cọc f’c = 30 MPa -Trọng lượng riêng bê tông γc = 2320 KG/m3

- Cốt thép dọc chủ: ASTM A615M 8∅20 có fy=420 MPa

- Cao độ mũi cọc : + Độ sâu xuyên mũi cọc lấy tại vị trí cóN 25

+ Độ sâu > 15m

+ Các mặt phân lớp bên trên ≥ 2m

Chọn N= 30 , Độ Sâu = 25,1 m

2.4.2 Tính sức kháng dọc truc 2.4.2.1 Tính sức kháng dọc truc theo vật liệu

Rr = φRn

- Chọn bố trí cốt đai thường: Pn = 0,8[0,85.fc’.(Ag – Ast) +fy.Ast]Trong đó: + Rr: sức kháng dọc trục tính toán (kN)

+ Rn: sức kháng dọc trục danh định (kN)+ fc’ = 28 MPa (cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày)+ fy = 420 MPa (cường độ giới hạn chảy quy định của cốt thép)+ Ag = 160000 (mm2) (diện tích mặt cắt nguyên)

q p: sức kháng chống đơn vị mũi cọc (Mpa)

q s: sức kháng ma sát đơn vị thành bên cọc (MPa)

A S: diện tích bề mặt thành bên cọc (mm2)

A p: diện tích mũi cọc (mm2)

– Hệ số sức kháng danh đinh của cọc đơn chịu nén theo phương pháp :

Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc

trong đất sét với ta có:

trong đất sét với ta có:

Như vậy sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền:R R=φ R n=φ sta × R p+φ sta × R S = 0,56x

(1334163,2+181440) = 848737,792 N

Trong đó: n - Số lượng cọc tính toán

 - Hệ số kể đến độ lệch tâm của tải trọng ,  = 1

RCD1 - Tổng tải trọng tác dụng lên cọc tính đến đáy bệ móng (kN)

R0 - Sức chịu tải tính toán của cọc (kN)

b 3 b 2

b o

15-20

b 1 b m

b3: Khe hở giữa đầu dầm và tường đỉnh chọn b3=50mm

b2: Khoảng cách từ đầu dầm tới tim gối cầu chọn b2=300mm

bo: Bề rộng gối cầu theo phương dọc cầu chọn bo= 200mm

b1: Khoảng cách từ mép ngoài đá kê gối tới mép ngoài mũ mố chọn b1=250 mm

=> bm= b3 + b2 + bo /2+200 + b1=50+300+200/2+150+250 =850 mm

Chọn bm=850 mm

+ Chiều dài mũ trụ: (Theo phương ngang cầu):

Kích thước mũ trụ theo phương ngang cầu

hgối: Chiều cao gối cầu hgối = 50 mm

hbmc: Chiều cao bản mặt cầu hbmc = 180 mm

hlop phu: chiều cao lớp phủ hlop phu = 100 mm

=> htđ= 1780+200+50+180+100= 2310 mm + Chiều dày tường đỉnh:

Thông thường chọn chiều dày tường đỉnh từ 300-500mm Chọn chiều dày tường đỉnh 400mm

t : Là chiều dày tường đỉnh

H 6m thì S 0.65 m H> 6m thì S 1 m

Kích thước chung mố

3.2.Tĩnh tải

Tĩnh tải tiêu chuẩn bản thân trụ tính theo công thức: Ptrụ =Vc

c : Dung trọng riêng của bê tông: c = 2320 kg/m

Tên cấu kiện Dài (m) Rộng (m) Cao (m) Thể tích (m3)Số lượngTổng thể tích(m3) Trọng Lượng

3.4.1 Chọn kích thước cọc: ( giống mục 2.4.1) 3.4.2 Tính sức kháng dọc truc ( giống mục 2.4.2) 3.4.2.1 Tính sức kháng dọc truc theo vật liệu : ( giống mục 2.4.2.1)

3.4.2.2 Tính sức kháng dọc trục theo đất nền:

Trong đó: n - Số lượng cọc tính toán  - Hệ số kể đến độ lệch tâm của tải trọng ,  = 1

AP - Tổng tải trọng tác dụng lên cọc tính đến đáy bệ móng (kN)

Ptt - Sức chịu tải tính toán của cọc (kN)

n=1.14457,866

848,738 =17,034Chọn n= 18 cọc

Bố trí cọc :

PHẦN III: PHƯƠNG ÁN CẦU THÉP LIÊN HỢP BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP

I CHỌN KÍCH THƯỚC DẦM CHỦ,KÍCH THƯỚC DẦM NGANG ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT.XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ.

1 Thiết kế dầm chủ :

- Chiều cao dầm chủ được lựa chọn phụ thuộc vào:

+ Chiều dài nhịp tính toán

+ Số lượng dầm chủ trên mặt cắt ngang

+ Quy mô tải trọng khai thác

- Xác định theo điều kiện cường độ

- Xác định theo kinh nghiệm

- Ngoài ra việc lựa chọn dầm thép cần phải phù hợp với bề rộng của các bản thép hiện có trên thị trường để tránh việc phải cắt bản thép một cách hợp lý

- Trong bước tính toán sơ bộ ta chọn chiều cao dầm thép theo công thức:

Cấu tạo mặt cắt ngang dầm chủ

- Cấu tạo bản bụng:

+ Chiều cao bản bụng: Dw = 1340 mm+ Chiều dày bản bụng: tw = 20 mm

-Cấu tạo bản cánh trên hay bản cánh chịu nén:

+ Bề rộng bản cánh chịu nén: bc = 400 mm+ Chiều dày t = 30 mm+ Tổng chiều dày bản cánh chịu nén: tc = 30 mm

- Cấu tạo bản cánh dưới hay bản cánh chịu kéo:

+ Bề rộng bản cánh chịu kéo: bt = 600 mm+ Chiều dày t = 30 mm+ Tổng chiều dày bản cánh chịu kéo: tt = 30 mm

- Tổng chiều cao dầm thép: Hsb = 1400 mm

- Cấu tạo bản bêtông:

+ Chiều dày bản bêtông: ts = 180 mm+ Chiều cao vút bản: th = 120 mm

- Chiều cao toàn bộ dầm liên hợp: Hcb = 1400+180+120= 1700 mm

2 Tính toán đặc trưng hình học của dầm