Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cầu BTCT DUL nhịp liên tục thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng

KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN TRỌNG TÂM

THIẾT KẾ CẦU BTCT DUL NHỊP LIÊN TỤC THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN : TS NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

Sau thời gian học tập tại trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, bằng sự nỗ lực của bản thân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầycô trong trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM nói chung và các thầy cô trong Khoa Xây Dựng nói riêng em đã tích luỹ được nhiều kiến thứcbổ ích để trang bị cho công việc của một kỹ sư tương lai Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong suốt gần 4 năm học tập và tìm hiểukiến thức tại trường, đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốt thời gian qua của mỗi sinh viên Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệpnày em đã được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong Bộ Môn Công Trình Giao Thông Cùng với sự hướng dẫn tận tình từ thầyNguyễn Trọng Tâm Tuy thời gian làm việc với thầy không lâu, nhưng với nhiệt huyết và tấm lòng quan tâm cho sinh viên, thầy đã giúp emhoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp của mình một cách tốt nhất Em xin giành một lời cảm ơn đặc biệt đến thầy Do thời gian tiến hành làm Đồ án vàtrình độ lý thuyết cũng như các kinh nghiệm thực tế còn có hạn nên trong tập Đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em xinkính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em có thể hoàn thiện hơn Đồ án cũng như kiến thức chuyên môn của mình.

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, 31tháng 07 năm 2022

Sinh viên: Trịnh Đức Huy

THIẾT KẾ CẦU BTCT DỰ ỨNG LỰC LIÊN TỤC NHỊP THI

CÔNG BẰNG PP ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG

1.6 Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu 2

CHƯƠNG 2 : KHÁI QUÁT CHUNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 3

2.1 Quy mô thiết kế 3

2.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước hình học 3

2.3 Vật liệu 4

2.4 Trình tự và tiến độ thi công 4

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH 6

3.1 Tính thanh lan can 6

3.2 Thiết kế lề bộ hành 9

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU 15

4.1 Tải trọng tác dụng 15

4.2 Tổ hợp nội lực 18

4.3 Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu 20

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ DẦM LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG 24

5.1 Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện 24

5.2 Tính tải trọng 25

5.3 Các nguyên tắc tính toán và tổ hợp tải trọng 25

5.4 Nội lực quá trình thi công 25

5.5 Mô hình kết cấu trên Midas Civil 6.0 25

5.6 Kết quả Nội lực giai đoạn thi công (đơn vị của moment tính toán trong phần mềm kN.m) 36

5.7 Kết quả Nội lực trong giai đoạn khai thác 40

CHƯƠNG 6 : TỔ HỢP NỘI LỰC 43

6.1 Tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn cường độ giai đoạn khai thác (chưa có DUL) 43

6.2 Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn sử dụng 44

CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁP DỰ ỨNG LỰC 46

7.1 Số bó cáp nhóm A (cáp chịu moment âm) 46

7.2 Số bó cáp nhóm C (cáp chịu moment dương nhịp biên) 50

7.3 Số bó cáp nhóm B (cáp chịu moment dương nhịp giữa) 50

7.4 Bố trí cáp dựng ứng lực 50

7.5 Kết quả nội lực các đốt qua các bước sau khi đã căng cáp 51

CHƯƠNG 8 : KIỂM TOÁN DẦM CHỦ GIAI ĐOẠN THI CÔNG 54

8.1 Lý thuyết kiểm toán 54

8.2 Kiểm toán bằn biểu đồ ứng suất 54

8.3 Kiểm toán bằng giá trị tính toán 54

CHƯƠNG 9 : TÍNH TOÁN MẤT MÁT ỨNG SUẤT CÁP DỰ ỨNG LỰC 58

9.1 Tính toán mất mát ứng suất do ma sát 58

9.2 Tính toán mất mát ứng suất do tụt neo 58

9.3 Tính toán mất mát ứng suất do co ngắn đàn hồi 58

9.4 Tính toán mất mát ứng suất do co ngót của bê tông 59

9.5 Tính toán mất mát ứng suất do từ biến của bê tông 59

9.6 Tính toán mất mát ứng suất do sự chùn nhão của cáp dự ứng lực 59

9.7 Tính toán mất mát ứng suất bằng phần mềm Midas Civil 59

CHƯƠNG 10 : KIỂM TOÁN DẦM TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 62

10.1 Lý thuyết kiểm toán 62

10.2 Kiểm toán bằng biểu đồ ứng suất 62

10.3 Kiểm toán bằng giá trị tính toán 65

CHƯƠNG 11 : KIỂM TOÁN DẦM TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ 68

11.1 Tổ hợp tải trọng 68

11.2 Kiểm toán kháng uốn của dầm 68

11.3 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm 72

CHƯƠNG 12: THIẾT KẾ TRỤ CẦU 76

12.1 Thân trụ 76

12.1.1 Lực hãm của xe : 76

12.1.2 Tải trọng gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp 76

12.1.3 Tải trọng gió ngang tác dụng lên xe cộ 76

13.1.4 Kiểm toán bằng phần mềm Midas 76

12.2 Bệ Trụ 82

12.3 Cọc khoan nhồi D1500 85

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẦU

1.1 Vị trí địa lý Cầu Mỹ Hóa 2 là một cây cầu bắc qua 2 bờ sông Bến Tre, thuộc đường tránh Thành Phố Bến Tre, là cầu nối 1 trong các tuyến đường huyết mạch để giao thương và vận chuyển hàng hóa đến các huyện của tỉnh Bến Tre

1.2 Địa hình Cầu được xây dựng tại khu vực tỉnh Bến Tre, với đặt điểm địa hình đặc trưng của khu vực đồng bằng sông Cửu Long tương đối bằng phẳng phù hợp vận chuyển nguyên vật liệu và máy móc để xây dựng cầu

1.3 Khí hậu Khu vực ĐBSCL với nét khí hậu nhiệt đới gió mùa Thời tiết phân hóa theo mùa, mùa mưa và mùa khô rõ rệt Lượng mưa nhiều từ tháng 9 tới tháng 1 năm sau

1.4 Thủy văn Các số liệu thủy văn ở khu vực này ổn định, mức nước chênh lệch giữa hai mùa tương đối lớn MNTN : -6.2m

MNCN : - 2.4m MNTT : - 4.0m 1.5 Địa chất

Trong quá trình khảo sát đã khoan dò địa chất được các lớp địa chất như sau : Lớp 1 : Cát mịn (0 đến -30m)

Lớp 2 : Sét cứng (-30 đến -35m) Lớp 3 : Sét dẻo (-35 đến -55m) 1.6 Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu

Vật liệu đá: vật liệu đá được khai thác tại mỏ gần khu vực xây dựng cầu Đá được vận chuyển đến vị trí thi công bằng đường bộ một cách thuận tiện Đá ở đây đảm bảo cường độ và kích cỡ để phục vụ tốt cho việc xây dựng cầu Vật liệu cát: cát dùng để xây dựng được khai thác gần vị trí thi công, đảm bảo độ sạch, cường độ và số lượng Vật liệu thép: sử dụng các loại thép trong nước như thép Thái Nguyên,… hoặc các loại thép liên doanh như thép Việt-Nhật, Việt-Úc…Nguồn thép được lấy tại các đại lý lớn ở các khu vực lân cận Xi măng: hiện nay các nhà máy xi măng đều được xây dựng ở các tỉnh thành luôn đáp ứng nhu cầu phục vụ xây dựng Vì vậy, vấn đề cung cấp xi măng cho các công trình xây dựng rất thuận lợi, luôn đảm bảo chất lượng và số lượng mà yêu cầu công trình đặt ra Thiết bị và công nghệ thi công: để hòa nhập với sự phát triển của xã hội cũng như sự cạnh tranh theo cơ chế

thị trường thời mở cửa, các công ty xây dựng công trình giao thông đều mạnh dạn cơ giới hóa thi công, trang bị cho mình máy móc thiết bị và công nghệ thi công hiện đại nhất đáp ứng các yêu cầu xây dựng công trình cầu Nhân lực và máy móc thi công: hiện nay trong tỉnh có nhiều công ty xây dựng cầu đường có kinh nghiệm trong thi công Về biên chế tổ chức thi công các đội xây dựng cầu khá hoàn chỉnh và đồng bộ Cán bộ có trình độ tổ chức và quản lí, nắm vững về kỹ thuật, công nhân có tay nghề cao, có ý thức trách nhiệm cao Các đội thi công được trang bị máy móc thiết bị tương đối đầy đủ Nhìn chung về vật liệu xây dựng, nhân lực, máy móc thiết bị thi công, tình hình an ninh tại địa phương khá thuận lợi cho việc thi công đảm bảo tiến độ đã đề ra

CHƯƠNG 2 : KHÁI QUÁT CHUNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Quy mô thiết kế

Quy mô xây dựng : cầu vĩnh cửu bê tông cốt thép dự ứng lực Sơ đồ bố trí chung toàn cầu :

Kết cấu đối xứng gồm hệ cầu BTCT DUL liên tục nhịp thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng

Đường cong đứng R = 3000m Độ dốc ngang cầu 2%

Mặt cắt ngang thiết kế cho 3 làn xe với vận tốc thiết kế V=80 km/h Khổ cầu K= 10.5 +2x1.5+ 2x0.25 = 14m

+ Phần xe chạy : 10.5 m + Phần lề bộ hành : 2x 1.5m + Phần gờ chắn bánh : 0.25m + Phần lan can : 2x 0.25 (Gờ chắn bánh bố trí nằm dưới lề bộ hành nên bề rộng không tính vào khổ cầu)

2.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước hình học

2.2.1 Phân chia khẩu độ nhịp

+ Chiều dài nhịp chính L = 90m + Chiều dài nhịp biên chọn theo kinh nghiệm (0.6-0.7)L nên ta chọn chiều dài nhịp biên 60m + Chiều dài các đốt dầm

Nguyên tắc phân chia đốt dầm :

- Chọn chiều dài đoạn trên đỉnh trụ (đốt K0) trên phần đà giáo mở rộng trụ : Trong phương pháp đúc hẫng cân bằng đốt K0 có chiều dài khoảng 10-14m , để có đủ diện tích mặt bằng cho việc lắp đặt 2 xe đúc đối xứng nhanh trên đó mà thi công hai cánh hẫng đối xứng

- Chiều dài đoạn hợp long có thể lấy từ 2-4m

- Phần còn lại của chiều dài cánh hẫng có thể lấy trong khoảng từ 2.5m -4m, theo phương dọc cầu sẽ có từng đốt, mỗi nhóm gồm các đốt được chọn sao cho tận dụng hết năng lực của thiết bị xe đúc, Ví dụ trọng lượng của xe đúc nên gần bằng với khả năng treo của xe đúc Như vậy sẽ giảm bớt số đốt đúc hẫng Mặt khác khối lượng bê tông mỗi đốt phải phù hợp với khả năng cung cấp bê tông đến hiện trường Để đơn giản trong quá trình thi công và phù hợp với các trang thiết bị hiện có của đơn vị thi công ta có thể phân chia các đốt dầm như sau :

Đốt L0 trên đỉnh trụ : 3m Đốt hợp long giữa : 2m Đốt hợp long biên : 2m Chiều dài đoạn đúc hẫng trên đà giáo : 14m 2.2.2 Kích thước dầm hộp

+ Chiều cao dầm hộp Chiều cao dầm hộp thay đổi theo quy luật thiết kế hay đường cong Chọn mặt đáy dầm cong theo đường cong bậc 2 với chiều cao của dầm hộp

Chiều cao mặt cắt trên gối giữa của dầm liên tục đúc hẫng nên chọn xấp xỉ bằng (1/16 – 1/20) L, đối với L = 90m thì H chọn trong khoảng (4.5-5.6m), chọn bằng 5.5m

Chiều cao mặt cắt giữa nhịp chính của dầm nên chọn xấp xỉ bằng

Để phù hợp với đặc điểm của kết cấu đúc hẫng, bản đáy hộp có chiều dày thay đổi dọc theo nhịp cầu

Chiều dày của bản đáy hộp ở giữa nhịp bản được chọn căn cứ điều kiện bao phủ cho các cáp dự ứng lức trong đó Do có bố trí cáp dự ứng lực nên chọn chiều dày bản đáy tại giữa nhịp bằng 250mm

Tại khu vực gần trụ thì chiều dày của bản đáy hộp được xác định theo ứng suất nén cho phép dưới các tải trọng khai thác ở thớ biên dưới Thường chọn từ 2 đến 3 lần bề dày tại mặt cắt giữa nhịp ở đây chọn bề dày bản đáy hộp tại mặt cắt tại gối bằng 1000mm

+ Chiều dày của thành hộp Nguyên tắc chọn chiều dày thành hộp đối với cầu đúc hẫng phải đảm bảo đủ chỗ đặt cáp dự ứng lực và thuận tiện rót hỗn hợp bê tông vào trong ván khuôn Mặt khác phải thỏa mãn yêu cầu chịu đựng ứng suất tiếp do lực cắt gây ra

Chọn chiều dày sườn dầm tại mặt cắt vị trí gối và giữa nhịp đảo bảo chịu lực và thi công dễ dàng là 450mm

2.3 Vật liệu

2.3.1 Bê tông

Cường độ chịu nén của bê tông dầm hộp quy định ở tuổi 28 ngày của mẫu hình trụ 150-300mm là f’c = 50 Mpa

Lan can, lề bộ hành, trụ cầu, mố cầu, cọc khoan nhồi f’c = 30Mpa

Loại thép ASTM615 Giới hạn chảy Fy= 420Mpa Mô đun đàn hồi : E = 200000 MPa

2.3.4 Ống gen Lựa ống gen phải thỏa mãn những điều kiện sau : Ống gen phải là loại cứng hoặc nửa cứng bằng thép mạ kẽm Bán kính cong trong ống không được nhỏ hơn 6000m, trừ vùng neo có thể cho phép nhỏ tới 3600mm Đường kính của ống bọc ít nhất phải lớn hơn bó cáp dự ứng lực 6mm, khi kéo sau thì diện tích của ống bọc phải lớn gấp 2.5 lần diện tích mặt cáp

2.3.5 Thanh dự ứng lực Theo ASTM A722, thép loại 2 có gờ ɸ38

Cường độ chịu kéo fpu = 1035 Mpa Giới hạn chảy fpy = 0.85 fpu = 0.8 x 1035 = 828 Mpa Mô đun đàn hồi Ep = 200000 Mpa

2.3.6 Xe đúc, ván khuôn : Dùng loại xe đúc của công ty OVM Tổng trọng lượng gồm cả ván khuôn G = 80T

Khả năng chịu lực (max) M=500Tm Chiều dài đốt đúc (max) 4.5m Độ lệch tâm e = 2m

2.4 Trình tự và tiến độ thi công

2.4.1 Trình tự thi công

Quá trình thi công hẫng thường được tiến hành từ môi trụ ra đối xứng đều 2 phía dọc theo tim cầu đã định vị tính toán trước Nếu là cầu khung thì phân trên trụ là đốt K0 được nốt cứng ngay từ đầu với kết cấu nhịp Nếu là cầu dầm thì bên trên đỉnh trụ phải đặt 1 gối tạm bằng BTCT, trên đó đúc đốt dầm trên trụ rồi kéo căng các thanh hoặc bó thép cốt thép DUL tạm thời để tạo thành 1 liên kết cứng tạm nối kết cấu nhịp với trụ nằm đảm bảo độ ổn định chống lật trong suốt quá trình thi công hẫng Đoạn dầm sát mố của nhịp biên có thể lắp ghép hay đúc tại chỗ trên đà giáo cố định

Sau khi thi công hẫng xong thì phải hợp long theo một trình tự được dự kiến tính toán trước Trước kết hợp thi công hợp long nhịp biên, nối đoạn thi công trên đá giáo cố định với một cánh hẫng Tháo dỡ giá đỡ và các gối kê tại rồi kê dầm lên chính thức Tiếp theo sẽ hợp long để nối các phần cánh hẫng giữa nhịp còn lại lại với nhau theo thứ tự từ biên vào giữa để tạo thành kết cấu hệ siêu tĩnh có số bậc siêu tĩnh tăng dần sau mỗi lần hợp long Như vậy thì trình tự thi công như sau :

+ Đốt trên đỉnh trụ + Các đốt hẫng + Đốt trên đà giáo + Hợp long nhịp biên + Hợp long nhịp giữa + Hoàn thiện

Cũng như tiến độ thi công, trình tự thi công cũng có ảnh hưởng rất lớn lên nội lực của kết cấu Nếu lựa chọn trình tự thi công không phù hợp có thể dẫn đến nguy hiểm cho kết cấu Quan trọng nhất là chọn trình từ thi công nhịp biên hay nhịp giữa trước tiên

Nếu tiến hành hợp long nhịp giữa trước thì sơ đồ làm việc của kết cấu là sơ đồ khung Khi tiến hành cắt các thanh neo cường độ cao và tháo dỡ trụ tạm, sơ đồ sẽ chuyển về sơ đồ dầm liên tục Mà trong dầm liên tục thì một chuyển vị nhỏ cũng sẽ phát sinh nội lực trong kết cấu, gây ra những hiện ứng phụ không thể lường trước được nội lực phát sinh trong cầu Nếu ngay từ đầu thiết kế có dầm ngàm cứng luồng vào trong trụ thì ảnh hưởng trên là không đáng kể

Nếu tiến hành hợp long nhịp biên trước thì sơ đồ làm việc ban đầu là dầm đơn giản có mút thừa, do đó khi phá dỡ trụ tạm thì chuyển vị của dầm sẽ không gây phát sinh nội lực lên kết cấu

Do đó trong đồ án này chọn tiến độ thi công như sau : Hợp long phần nhịp biên trước và đồng thời ở cả hai phía, sau đó bắt đầu tiến hành thi công hợp long giữa nhịp Trình tự thi công như trên thì mức độ nguy hiểm của kết cấu thấp do điều chỉnh độ vòng kết cấu lúc hợp long, mặt khác hợp long biên trước sẽ có thể duy chuyển máy móc, vật liệu và con người để thi công hợp long nhịp giữa một cách dễ dàng

2.4.2 Tiến độ thi công Tiến độ thi công có ảnh hưởng rất lớn đến sự phân phối lại nội lực trong kết cấu Tiến độ thi công hay là thời gian hoàn thành việc xây dựng kết cấu nhanh hay chậm thì các tác nhân có ảnh hưởng như từ biến hay có ngót sẽ có các mức khác nhau Cụ thể là các yếu tốt như những cường độ của bê tông, chuyển vị, độ võng của kết cấu trước khi tiến hành hợp long là khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến sự phân phối lại nội lực trong kết cấu sau khi tiến hành hợp long

Nếu chọn lựa tiến độ thi công của các cánh hẫng không đồng thời thì quy luật từ biến phát triển trong từng cánh hẫng sẽ khác nhau khiến cho chuyển vị của các nút hẫng sẽ bị lệch so với tính toán Do đó việc tính toán điều chỉnh nội lực sẽ rất khó khăn, nên trong phạm vi của đồ án tốt nghiệp kiến nghị việc thi công các cánh hẫng tại từng trụ là đồng thời

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ LAN CAN, LỀ BỘ HÀNH

3.1 Tính thanh lan can

- Chiều cao nhỏ nhất của lan can đường là 1070 mm được đo từ mặt đường xe đạp

- Chọn thanh lan can thép ống có:

- Khối lượng riêng thép lan can : γs = 7.85 T/m3

Hình 3 Kích thước lan can

3.1.1 Tải trọng tác dụng lên thanh lan can

Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can - Theo phương thẳng đứng (Y):

• Tĩnh tải: Trọng lượng tính toán của bản thân lan can

3.1.2 Nội lực thanh lan can

- Hệ số dùng trong thiết kế lan can và lề bộ hành

+ Thiết kế điển hình : l =1

>    = DRl =0.95

Nội lực thanh lan can

- Nội lực lớn nhất ở giữa nhịp Trạng thái giới hạn cường độ: + Moment do tĩnh tải tại mặt cắt giữa nhịp:

M : là momnet lớn nhất do tĩnh tải và hoạt tải

Mn : Sức kháng của tiết diện với

S : là momnet kháng uốn của tiết diện

Ta tiến hành tính toán cột lan can ở giữa với sơ đồ tính được thể hiện như ở trong hình Trong quá trình tính toán: Để đơn giản hóa ta chỉ kiểm tra khả năng chịu lực xô ngang vào cột và kiểm tra độ mảnh, bỏ qua lực thẳng đứng và trọng lượng bản thân

Kiểm tra khả năng chịu lực cột lan can: + Kích thước:

h = 400 mm + Lực tác dụng: (chỉ có hoạt tải)

+ Lực phân bố: w = 0.37 N/mm ở 2 thanh lan can ở hai bên cột truyền vào một lực tập trung:

+ Lực tập trung: P = 890N + Suy ra lực tập trung vào cột là:

M = f S

P = Pw + P = 740 + 890 = 1630 N Momen tại mặt cắt chân cột lan can theo phương ngang cầu:

M = P x 400 = 1630 x 400 = 652000 (N.mm) Mặt cắt đảm bảo khả năng chịu lực khi:

n

Sức kháng của tiết diện chân cột lan can:

nyφM= f S

Momen kháng uốn của tiết diện chân cột:

S = I

Y = 2x[

100x10312+952x(100x10)]+ 10x180312

Kết luận: Mặt cắt đủ khả năng chịu lực

3.1.5 Tính toán chi tiết bulông

Kiểm tra sức kháng kéo

Sức kháng kéo danh định của 1 bulong:

ix

lm

lMN

Trong đó:

+ li : khoảng cách các hang bulong

+ m = 2 : số bulong trên một hàng Nmax = 𝑀𝑥.𝑙𝑚𝑎𝑥

𝑚.∑ 𝑙𝑖2 = 𝑀𝑥.𝑙𝑚𝑎𝑥

𝑚.∑ 𝑙𝑖2 = 0.652x0.1

2x(2x0.12) = 1.63 (kN) ≤ 36.1 (kN) => Đạt

Chi tiết bố trí bulông 3.2 Thiết kế lề bộ hành

+ Độ dốc lề bộ hành: 1.0% + Lề bộ hành được tạo thành từ các tấm đan bê tông 990x1350x100 mm Phía trên các tấm đan lát gạch Terazzo dày 25 mm

- Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành (xét trên 990 mm chiều dài) + Tải trọng bản thân: ta xem trọng lương riêng của lớp lát gạch và tấm đan là như nhau, ta có

- Bê tông lề bộ hành có f’c = 30 MPa => Ec = 0.0017 x γc2 x 3√𝑓′𝑐𝑖 = 33014 MPa

- Chiều dày bê tông bảo vệ: a = 25 mm

- Xác định chiều cao vùng nén a:

- Diện tích cốt thép tính bởi công thức

'

2c

s

y0.85f ab0.85 30 7.61 1350

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu (Điều 5.7.3.3.2):

'cmin

'cy

f

3.2.3 Kiểm tra nứt cho tấm đan

βsfs − 2dcTrong đó:

x : chiều dày của bê tông vùng nén sau khi nứt đươc tính theo công thức: x = n x As

Icr : là momen quán tính của tiết diện bê tông khi bị nứt:

Icr = b x 𝑥

3

3 + n x As x (ds – x)2 = 990 x 32.23

3

= 0.51 x 108 (mm4) - Ứng suất trong cốt thép do ngoại lực gây ra: - fs = Ms

Icr x (ds – x ) x n = 2504675

2.26 x 108 x (110 – 32.23 ) x 6.06 = 23.15 MPa

[s] =123000 × γe

123000 × 1

BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG TẤM ĐAN BÊ TÔNG 3.2.4 Bố trí cốt thép cho bó vỉa

Bố trí thép Ф14, thép đai chọn Ф10

BỐ TRÍ CỐT THÉP CHO BÓ VỈA 3.2.5 Tính toán phần bê tông đỡ lan can

Lực tác dụng vào lan can

Phương lực tác dụng Lực tác dụng (KN) Chiều dài lực tác

Chiều cao lan can H= 948 mm





++

−=

HLMHMML

L

cW

bt

cW

2

882

2

Trong đó:

Chia lan can thành 2 đoạn có chiều dài tường thay đổi như sau: + Đoạn 1: chiều cao là 788 mm

+ Đoạn 2: chiều cao là 160 mm

15.14 – 1) = 2.48 > 0.9

Chọn ϕ = 0.9 để tính toán: => Mn1 = As x fy x (ds - 𝑎

2) = 0.9 x 615.75 x 420 x ( 200 - 12.87

- Đoạn 2: Chiều dày tường h = 400 mm

Bố trí 614 => thép bên trái và thép mặt bên phải bằng nhau nên sức kháng uốn âm và dương của 2 đoạn bằng nhau

Chiều cao đoạn (mm)

Diện tích cốt thép

29.84 – 1) = 1.56 > 0.9

Chọn  =0.9 để tính toán Mcl = As x fy x (ds - 𝑎

=> Rw = 458.58 kN > Ft = 240 kN

Kết luận: Lan can đủ khả năng chịu lực

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ BẢN MẶT CẦU

Bản mặt cầu là phần bản nắp trên của dầm hộp đổ cùng lúc với dầm hộp Làm việc theo phương vuông góc với hướng xe chạy Trong phạm vi đồ án mô hình sự làm việc của bản mặt cầu theo sơ đồ khung Xét tại mặt cắt tại đỉnh trụ vì tại đây chiều cao của các vách dầm là lớn nhất nên ảnh hưởng lớn đến độ cứng của kết cấu nhiều nhất Theo phương dọc cầu, cắt 1 dải bản dài 1m để tính toán

Ta tiến hành quy đổi tiết diện :

Tiết diện khung quy đổi :

Khai báo tiết diện trong phần mềm Midas

4.1 Tải trọng tác dụng

4.1.1 Tĩnh tải Quy đổi bản bê tông cốt thép :

Cấu tạo bản mặt cầu :

+Bó vỉa trong gồm: tải trọng bó vỉa và ½ lề bộ hành, đặt cách mép hẫng 1 đoạn 1350mm

53 1 2.5 10(420 150 150 280) 1000 2531.25 5156.25

4.1.2 Hoạt tải (Tải trọng người và HL93)

tải truyền xuống bản mặt cầu thành 2 lực tập trung : PL= 3 10−31000 1500 / 2 2250( )=N

Hoạt tải HL93: Theo 3.6.1.3.3 TCN272-05, dải bản là ngang và nhịp không quá 4600 thì thiết kế theo bánh xe trục 14500N Ở đây nhịp là 6350mm > 4600mm nên ta thiết kế theo các bánh xe trục 14500N và tải trọng làn

Tải trọng gió ngang tác dụng lên phương tiên WL : Khi có xe trên cầu, phải xét áp lực gió tác dụng vào cả kết cấu và xe cộ Áp lực gió lên xe cộ phải thể hiện bằng các dải lực có thể di dộng và gián đoạn với giá trị 1.46 N/mm tác dụng theo phương vuông góc và ở trên 1800mm so với mặt đường tác dụng vào kết cấu

4.2 Tổ hợp nội lực

Ta có bảng nội lực như sau :

+ Đường bao nội lực tác dụng lên bản mặt cầu Ta chọn moment âm lớn nhất và moment dương lớn nhất của các mặt cắt 1- ; 1+ và 2 để thiết kế cốt

thép cho bản mặt cầu

4.3 Thiết kế cốt thép cho bản mặt cầu

Ta sẽ thiết kế cốt thép tương ứng với các giá trị nội lực vừa chọn ở trên 4.3.1 Thiết kế cốt thép chịu moment âm tại gối

Thiết kế cốt thép cho 1000mm chiều dài bản mặt cầu, khi đó giá trị nội lực trong 1000mm bản mặt cầu như sau :

-Moment âm : Mu- = -454.4 (kNm) -Chiều rộng tiết diện tính toán b = 1000mm -Chiều cao tiết diện tính toán h= 750mm -Cường độ chảy cốt thép fy = 420 MPa -Cấp bê tông f’c = 50 MPa

-Lớp bê tông bảo vệ 25mm

-Khoảng cách từ thớ dưới chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm vùng cốt thép chịu kéo

2

c

d =+= mm

-Chiều cao làm việc của tiết diện : ds = h – dc = 750-36=714 -Chiều cao vùng bê tông chịu nén :

cs

420

cs

-Lớp bê tông bảo vệ 25mm -Khoảng cách từ thớ dưới chịu kéo ngoài cùng của tiết diện đến trọng tâm vùng cốt thép chịu kéo

cs

420

cs

72000

10285.77

cc

A

n

-Khối lượng riêng của bê tông :  =c 2500kg m/ 3

-Mô đun đàn hồi của thép : Es = 200000 MPa

5.1139142.83

s

c

En

33

1

23000

320.2936 10285.7

=> Vậy chọn 252 Mpa để kiểm tra

4.4.2 Kiểm tra nứt cho moment dương giữa nhịp -Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gần nhất dc=36mm <50mm

-Diện tích trung bình bê tông bọc quanh 1 thanh thép : 2

1

72000

10285.77

cc

A

n

-Khối lượng riêng của bê tông :  =c 2500kg m/ 3

0.0017'0.001725005039142.83

-Mô đun đàn hồi của thép : Es = 200000 MPa

5.1139142.83

s

c

En

33

1

23000

320.2936 10285.7

=> Vậy chọn 252 Mpa để kiểm tra

CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ DẦM LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG

5.1 Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện

5.1.1 Xác định phương trình đường cong đáy dầm hộp

Phương trình đường cong mặt trên bản đáy của dầm :

Ta có : A1(0,250) ; B1 (21000, 155.9918); C1 (41500; -1313.274)

621.649154735 100.02952566847250

Ta xác định được chiều cao dầm tại các mặt cắt như sau :

dầm

chiều rộng bản đáy

Chiều dày sườn dầm

+ Ai : Diện tích mặt cắt

+ 3

12

oibh

d

i

A yy

A

=

+ yt = h – ydi : vị trí trục trung hòa đến biên trên của dầm

+ Ix =A yi( i−yd)2+IOi : moment quán tính đối với trục trung hòa dầm

d

IS

y

5.2 Tính tải trọng

(khai báo trong midas)

5.3 Các nguyên tắc tính toán và tổ hợp tải trọng

Khi tính toán nội lực và thi công kết cầu bằng phương pháp đúc hẫng, kết cấu được coi như làm việc trong giai đoạn đàn hồi và chấp nhận nguyên lý cộng tác dụng Nhằm múc đích kiểm tra tính chính xác trong quá trình tính toán kết quả tính được so sánh với kết quả tính của phần mềm Midas Civil 6.0

Độ cứng của tiết diện tính theo kích thước bê tông chưa xét đến bố trí cốt thép Quá trình tính toán nội lực ta xét tổ hợp theo từng giai đoạn thi công và khai thác để thiết kế và kiểm tra tiết diện ở từng giai đoạn

Kết cấu thi công bằng phương pháp đúc hẫng phải tính theo các giai đoạn sau :

5.4 Nội lực quá trình thi công 5.5 Mô hình kết cấu trên Midas Civil 6.0

5.5.1 Khai báo vật liệu

5.5.2 Khai báo tính co ngót – từ biến và cường độ bê tông cốt thép CEB-FIB 2010

5.5.2.2 Tính co ngót – từ biến bê tông trụ f’c30 5.5.2.3 Sự thay đổi về cường độ của bê tông

5.5.3 Khai báo mặt cắt

Tương tự cho các mặt cắt khác

5.5.4 Tạo sơ đồ kết cấu bằng node và element - Dựa vào vị trí các đốt dầm ta xác định được các tọa độ các điểm (node) cần thiết để mô hình hóa hoàn chỉnh kết cấu

- Tạo điểm và phần tử (node và element) cần đánh số để tiện cho việc theo dõi và quản lí

- Tạo sơ đồ kết cấu:

5.5.5 Mô hình hóa kết cấu :

- Sau khi tạo sơ đồ kết cấu, gán các mặt cắt tương ứng đã tạo với các phần tử, vật liệu tương ứng thì hoàn thành được bước mô hình hóa kết cấu nhịp trên phần mềm Midas Civil

5.5.6 Khai báo nhóm điều kiện biên cho kết cấu - Điều kiện biên là các gối hoặc liên kết trong midas để mô phỏng lại sự làm việc thực tế của kết cấu - Dựa vào sự làm việc thực tế của kết cấu có các nhóm điều kiện biên

5.5.7 Định nghĩa nhóm kết cấu - Định nghĩa nhóm kết cấu là chúng ta sẽ tạo ra các nhóm kết cấu ứng với các phần tử dầm tương ứng ở các giai đoạn thi công khác nhau

- Ta có các nhóm kế cấu :

+ T1 : phần tử dầm thuộc trụ T1 + T2 : phần tử dầm thuộc trụ T2 + TiKj : đốt dầm thứ j ở trụ i + DGT : phần tử dầm thuộc đà giáo trái + DGP : phần tử dầm thuộc đà giáo phải 5.5.8 Khai báo tải trọng tác dụng lên kết cấu - Tải trọng do tĩnh tải : tải trọng bản thân và tải trọng giai đoạn 2 - Tải trọng giai đoạn thi công : theo nguyên tắc tải trọng khi đúc đốt dầm thứ Ki sẽ được đặt ở nút cuối

đối với tải trọng phân bố (tải trọng thi công) Vị trí đặt của tải trọng xe đúc sẽ tùy thuộc vào người thiết kế Các nhóm tải trọng trong thi công:

+ Tải trọng xe đúc (XD) + Tải trọng bê tông ướt (BT) + Tải trọng dự ứng lực (DUL Ki) + Tải trọng thi công (TC)

+ Tải trọng bản thân của các đốt dầm hiện hữu (BThan) 5.5.9 Khai báo giai đoạn thi công

- Quá trình thi công cầu theo công nghệ đúc hẫng cân bằng mang tính chất lặp đi lặp lại theo chu kì các bước thi công, tuy nhiên quá trình này còn chịu ảnh hưởng bởi yếu tố thời tiết bên ngoài và điều kiện thi công thực tế ngoài công trường Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp lựa chọn quá trình thi công như sau :

- Thi công thân trụ kéo dài khoảng 30 ngày - Thi công đốt K0 trên trụ tháp kéo dài 12 ngày - Thi công đốt K1 trên 1 phần đà giáo tạm và 1 phần đúc hẫng cân bằng 7 ngày - Thi công đốt K2 đến K14 kéo dài 7 ngày theo trình tự :

+ Ngày 1 : Căng cáp dự ứng lực và di chuyển xe đúc + Ngày 2, 3 : Lắp đặt cốt thép, ván khuôn

+ Ngày 4 : Đổ bê tông dầm + Ngày 5,6,7 : Bảo dưỡng bê tông -Thi công đốt hợp long biên kéo dài 7 ngày như đối với thi công các đốt hẫng - Sau khi thi công hợp long nhịp biên, tiến hành căng cáp dự ứng lực nhịp biên, sau đó sẽ tháo các liên kết neo, gối tạm đỉnh trụ để bố trí các gối chính theo thiết kế

- Thi công đốt hợp long nhịp giữa : kéo dài 7 ngày như thi công đốt hợp long nhịp biên, xong tiến hành thi công bước căng cáp dự ứng lực cho nhịp giữa

- Giai đoạn hoàn thiện : dỡ toàn bộ tải trọng thi công và các công trình phụ trợ, hoàn thiện kết cấu và thi công tĩnh tải giai đoạn 2

- Kiểm toán dầm, nghiệm thu và đưa vào sử dụng

Chi tiết các bước thi công và tải trọng giai đoạn thi công như sau :

Bước 1: Thi công đốt đỉnh trụ K0

kiện biên

Bước 3-15 : Thi công đốt K2 đến đốt K14

kiện biên

1 T1K6 4 DUL K6 First XD6 First

4 BT14 4

Bước 16: Thi công đốt hợp long biên

Hợp Long Biên

kiện biên

Bước 19: Nối liền kết cấu nhịp

Bước 20: Bỏ tải trọng thi công

Bước 21: Thi công tải trọng giai đoạn 2 và hoàn thiện

5.5.10 Chạy chương trình Sau khi khai báo toàn bộ tải trọng và các bước thi công, tiến hành chạy chương trình và xuất kết quả nội lực để kiểm tra

5.6 Kết quả Nội lực giai đoạn thi công (đơn vị của moment tính toán trong phần mềm kN.m)

Bước 2 : Thi công đốt K1

Bước 3 : Thi công đốt K2

Bước 4: Thi công đốt K3

Bước 5: Thi công đốt K4

Bước 6: Thi công đốt K5

Bước 7: Thi công đốt K6

Bước 8: Thi công đốt K7

Bước 9: Thi công đốt K8

Bước 10: Thi công đốt K9

Bước 11: Thi công đốt K10

Bước 12: Thi công đốt K11

Bước 13: Thi công đốt K12