thiết kế cầu bê tông cốt thép dự ứng lực đúc hẫng cân bằng

2.1.8 Nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp: _ Cầu được thiết kế với 100% kết cấu nhịp: + Kết cấu nhịp chính bao gồm: dầm chủ, cáp dự ứng lực; + Kết cấu trụ chính; + Kết cấu mố trụ cầu và trụ p

Trang 1

BỘ MÔN: CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

-֎ -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG

Giáo viên hướng dẫn : TS.ĐỖ TIẾN THỌ

Sinh viên thực hiện : LƯƠNG VĂN THUẬN

Trang 2

PHẦN 1: THUYẾT MINH

Trang 3

1.5 Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu: _ 4

CHƯƠNG II: QUY MÔ VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT _ 5

2.1 Tiêu chuẩn thiết kế: _ 5

2.1.8 Nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp: _ 5

CHƯƠNG III: PHƯƠNG ÁN THẾT KẾ CẦU _ 6

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP _ 7

4.1 Căn cứ để lựa chọn nhịp giải pháp thiết kế: _ 7

4.1.1 Chiều dài của nhịp chính (Lg): 7

4.1.2 Chiều dài của nhịp biên (Lb): _ 7

4.1.3 Chiều dài của khối đốt đúc hẫng (Ki): 7

4.1.4 Kích thước của dầm hộp: 7 4.1.5 Chiều cao của dầm hộp: _ 7 4.1.6 Xác định chiều cao của dầm tại mỗi mặt cắt: 8

4.2 Lựa chọn kết cấu của nhịp: 8

4.2.1 Kích thước kết cấu của nhịp: _ 8 4.2.2 Phương trình đường cong đáy dầm: _ 9 4.2.3 Phân chia đốt dầm: 10

CHƯƠNG V: LAN CAN VÀ LỀ BỘ HÀNH _ 11

CHƯƠNG VI: MÔ HÌNH HÓA KẾT CẤU 18

6.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng: _ 18

6.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế: _ 18 6.1.2 Quy mô xây dựng: 18 6.1.3 Cấp đường thiết kế: _ 18 6.1.4 Vật liệu thiết kế: 18 6.1.5 Tổ hợp tải trọng: _ 18

6.2 Nội lực tĩnh tải: _ 19

6.2.1 Tĩnh tải giai đoạn 1: _ 19 6.2.2 Tĩnh tải giai đoạn 2: _ 19

6.3 Nội lực giai đoạn thi công: 21

6.3.1 Nguyên tắc tính toán và tổ hợp tải trọng: 21 6.3.2 Xác định tải trọng giai đoạn thi công _ 22 6.3.3 Trình tự thi công: _ 23

6.4 Mô hình hóa kết cấu: 24

6.4.1 Khái báo vật liệu kết cấu: 24

Trang 4

6.4.2 Khai báo co ngót - từ biến và cường độ bê tông thép CEB-FIP 2010: _ 25

6.4.3 Khai báo mặt cắt: _ 26

6.4.4 Tạo sơ đồ kết cấu bằng node và element: _ 26

6.4.5 Mô hình hóa kết cấu: _ 27

6.4.6 Khai báo nhóm điều kiện cho kết cấu: _ 27

6.4.7 Định nghĩa các nhóm kết cấu: 27

6.4.8 Khai báo tải trọng tác dụng lên kết cấu: 27

6.4.9 Khai báo giai đoạn thi công: _ 27

6.4.10 Khai báo tổ hợp tải trọng: 34

6.4.11 Chạy phần mềm Midas Civil và tính toán các đốt: _ 34

CHƯƠNG VII: KIỂM TOÁN DẦM GIAI ĐOẠN THI CÔNG _ 34

7.1 Xác định nội lực dầm chủ giai đoạn thi công: _ 34

7.2 Kết quả nội lực giai đoạn khai thác: 40

7.2.1 Tĩnh tải giai đoạn 2: _ 40

CHƯƠNG VIII: TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁP DỰ ỨNG LỰC _ 53

1 Số bó cáp nhóm A (Chịu moment âm): 53

5 Mô phỏng cáp dự ứng lực vào phần mềm Civil Midas: 57

CHƯƠNG IX: KIỂM TOÁN DẦM CHỦ GIAI ĐOẠN THI CÔNG _ 59

9.1 Lý thuyết kiểm toán: _ 59

9.2 Kiểm toán bằng biểu đồ ứng suất: _ 59

9.2.1 Ứng suất thớ duới dầm: 60 9.2.2 Ứng suất thớ trên dầm: 64

9.3 Kiểm toán bằng giá trị tính toán: 67

CHƯƠNG X: KIỂM TOÁN DÂM CHỦ GIAI ĐOẠN KHAI THÁC 68

10.1 Lý thuyết kiểm toán: _ 68 10.2 Kiểm toán bằng biểu đồ ứng suất: 69 10.3 Kiểm toán bằng giá trị tính toán: _ 69 10.4 Kiểm toán dầm trạng thái giới hạn cường độ: _ 69

10.4.1 Tổ hợp tải trọng: 69 10.4.2 Kiểm toán sức uốn: 70 10.4.3 Kiểm toán bằng giá trị tính toán _ Nguyên lý kiểm toán: lựa chọn tổ hợp nội lực gây ra nội lực bất lợi nhất tại mặt cắt _ Tiêu chuẩn kiểm toán: ASSHTO LRFD 12 _ Các giá trị trong bảng: _ 71

10.5 Kiểm toán sức kháng cắt của dầm 71

10.5.1 Nguyên lý kiểm toán _ 71 10.5.2 Kiểm toán bằng giá trị tính toán 72 10.5.3 Kiểm toán bằng biểu đồ sức kháng 72

10.6 Kiểm tra độ vồng - độ võng dầm: _ 72

Trang 5

LỜI MỞ ĐẦU

_ Cầu Bến Lức bắt qua sống Vàm Cỏ Đông Nằm Trên tuyến quốc lộ 1A đi qua địa phận 2 xã Thạnh Đức

và Thị Trấn Bến Lức huyện Bến Lức tỉnh Long An Cách thành phố Tân An 12kmvà cách TP.HCM 35

Km

_ Cầu Bến Lức nằm trên tuyến đường huyết mạch nối liền TPHCM và các tỉnh Đồng BằngSông Cửu Long

với lưu lượng xe rất lớn ước tính khoảng 50 ngàn lượt ỏtô/ngày

_Huyện Bến Lức là một địa bàn chiến lược về kinh tế và quân sự của thành phố Hồ Chí Minh Quốc lộ 1A

là trục giao thông chính của Quốc gia nối liền địa bàn vùng kinh tế trọng điểmphía Nam với đồng bằng

sông Cửu Long đi qua huyện Bến Lức, tạo điều kiện cho phát triển kinh tế, giao lưu văn hoá, tiếp cận nhanh

chóng những thông tin mới nhất trong nước, hoà nhập với kinh tế thị trường, phát triển nhiều loại hình dịch

vụ, hình thành các điểm trung chuyển hàng hoá giữa miền Tây lên Thành phố Hồ Chí Minh và ngược lại

_ Dự án sẽ khai thác thế mạnh trên các lĩnh vực kinh tế, thu hút đầu tư và du lịch của cáctỉnh/thành mà dự

án đi qua; đồng thời, góp phần giảm áp lực giao thông, sự cố và tai nạn giao thông trên tuyến Quốc lộ 1

_ Tỉnh Long An thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long, có tọa độ địa lý từ 105030' 30 đến 106047'

02 kinh độ Đông và 10023'40 đến 11002' 00 vĩ độ Bắc, cách trung tâm thành phố Hồ Chí Minh khoảng

45 km theo Quốc lộ 1, có vị trí địa lý:

+ Phía đông và đông bắc giáp Thành phố Hồ Chí Minh và tỉnh Tây Ninh;

+ Phía tây và tây bắc giáp giáp tỉnh Đồng Tháp và tỉnh Prey Veng, vương quốc Campuchia;

+ Phía nam giáp tỉnh Tiền Giang;

+ Phía bắc tỉnh Svay Rieng, Vương quốc Campuchia;

_ Long An có địa hình đơn giản, bằng phẳng nhưng lại có xu hướng thấp dần từ phía Bắc – Đông Bắc xuống Nam – Tây Nam Đia hình bị chia cắt bởi hai dòng là Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây với đó là hệ thống sông ngòi, kênh rạch chằng chịt Phần lớn diện tích đất của tỉnh Long An được xếp vào loại vùng đất ngập nước

_ Các số liệu đo đạc thủy văn cho thấy chế độ thủy văn ở khu vực này khá ổn định, mực nuớc chênh lệch giữa hai mùa: mùa mưa và mùa khô là tương đối lớn, sau nhiều khảo sát đo đạc thì ta xác định được các mức nước như sau:

Trang 6

+ Mực nước cao nhất: 16.44 m;

+ Mực nước thấp nhất: 0 m;

+ Mực nước thông thuyền: 12.15 m;

_ Lũ thường bắt đầu vào trung tuần tháng 8 và kéo dài đến tháng 11, mưa tập trung với lưu lượng và cường

độ lớn nhất trong năm gây khó khăn cho sản xuất và đời sống Lũ đến tỉnh Long An chậm và mức ngập

không sâu

1.4 Khí hậu:

_ Long An nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, ẩm Do tiếp giáp giữa 2 vùng Đông Nam Bộ và Tây

Nam Bộ cho nên vừa mang các đặc tính đặc trưng cho vùng đồng bằng sông Cửu Long lại vừa mang những

đặc tính riêng biệt của vùng miền Đông

_ Nhiệt độ trung bình hàng tháng 27,2 - 27,7 °C Thường vào tháng 4 có nhiệt độ trung bình cao nhất

28,9 °C, tháng 1 có nhiệt độ trung bình thấp nhất là 25,2°C

_ Lượng mưa hàng năm biến động từ 966–1325 mm Mùa mưa chiếm trên 70-82% tổng lượng mưa cả năm

Mưa phân bổ không đều, giảm dần từ khu vực giáp ranh Thành phố Hồ Chí Minh xuống phía tây và Tây

Nam Các huyện phía Đông Nam gần biển có lượng mưa ít nhất Cường độ mưa lớn làm xói mòn ở vùng gò

cao, đồng thời mưa kết hợp với cường triều, với lũ gây ra ngập úng, ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống

của dân cư

_ Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 có gió Đông Bắc, tần suất 60 - 70% Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10

có gió Tây Nam với tần suất 70%

_ Tỉnh Long An nằm trong vùng đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo có nền nhiệt ẩm

phong phú, ánh nắng dồi dào, thời gian bức xạ dài, nhiệt độ và tổng tích ôn cao, biên độ nhiệt ngày đêm

giữa các tháng trong năm thấp, ôn hòa

_ Những khác biệt nổi bật về thời tiết khí hậu như trên có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống xã hội và sản

xuất nông nghiệp

1.5 Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu:

_ Vật liệu đá: được khai thác tại mỏ gần khu vực xây dựng cầu Đá được vận chuyển đến khu vực thi công

xây dựng bằng đường bộ một cách thuận tiện Đá được dùng để xây dựng đảm bảo về cưởng độ lẫn kích

thước để phục vụ tổt cho công trình

_ Vật liệu cát: cát dùng để xây dựng được khai thác gần vị trí công trình thi công, đảm bảo về độ sạch,

cuờng độ lẫn số lượng

_ Vật liệu thép: sử dụng các loại thép trong nước như thép Thái Nguyên,… hoặc các loại thép liên doanh

nghiệp như thép Việt - Nhật, Việt – Úc, … Nguồn thép được lấy tại các đại lý lớn ở khu vực lân cận

_ Vật liệu 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 công trình 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 yều cầu công trình đặt ra

_ 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 công trình

_ 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 vũng kĩ 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 côn, tình hình an ninh tại địa phương khá là thuận lợi cho việc thi công đảm bảo tiến độ đã được đề ra từ ban đầu thiết kế

Trang 7

CHƯƠNG II: QUY MÔ VÀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT

2.1 Tiêu chuẩn thiết kế:

2.1.1 Quy trình thiết kế:

_ Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô: TCVN 4054 – 2005;

_ Tiêu chuẩn thiết kế cầu đường bộ: TCVN 11823 – 2017;

2.1.2 Nguyên tắc thiết kế:

_ Công trình được thiết kế với tuổi thọ 100 năm có kết cấu thanh thoát phù hợp với cảnh quan xung quanh

và quy mô của tuyến đường

_ Đáp ứng nhu cầu quy hoạch phân tích tương lai của tuyến đường huyết mạch nối giữa miền tây và thành

phố Hồ Chí Minh

_ Thời gian thi công ngắn

_ Thuận tiện cho việc công tác duy trì và tu dưỡng, sửa chữa công trình

_ Giá thành xây dựng hợp lí nhất

2.1.3 Quy mô xây dựng:

_ Cầu được thiết kế vĩnh cửu với tuổi thọ cầu > 100 năm

2.1.4 Cấp đường thiết kế:

_ Cấp đường thiết kế: Đường cấp II đồng bằng ứng với vận tốc v = 60 km/h

2.1.5 Tải trọng thiết kế:

_ Sử dụng cấp tải trọng theo quy trình thiết kế cầu: TCVN 11823 – 2017 bao gồm:

+ Hoạt tải thiết kế HL93;

2.1.6 Khẩu độ thông thuyền:

_ Sông thông thuyền cấp II, khổ thông thuyền B H 60 9.5 m, tính từ mực nước thông thuyền H5%

2.1.7 Tần suất lũ thiết kế:

_ Tần suất lũ thiết kế cầu: H1%

2.1.8 Nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp:

_ Cầu được thiết kế với 100% kết cấu nhịp:

Trang 8

CHƯƠNG III: PHƯƠNG ÁN THẾT KẾ CẦU

3.1 Nhiệm vụ thiết kế:

_ Thiết kế một cầu vĩnh cửu vượt sông trên đường ô tô với các số liệu kĩ thuật như sau:

+ Mặt cắt ngang sông và số liệu địa chất như hình vẽ, chiều rộng lòng sông khoảng tầm 300 m;

 Chiều cao thông thuyền: H tt 9.5m;

3.2 Một số phương án thiết kế khả thi:

_ Hiện nay có rất nhiều phương án thi công hiện đại để thi công cầu bê tông cốt thép nhịp liên tục có thể kể

ra một số phương án như sau:

 Công nghệ đổ bê tông tại chổ theo phương án đúc đẩy:

Đúc đẩy thuộc phương pháp đổ bê tông tại chỗ, khi đó hê thống ván khuông và bệ đúc thuờng được lắp đặt

ở vị trí sau mố

Ưu điểm: Thiết bị di chuyển cấu kiện khá là đơn giản, tạo được tĩnh không phía dưới cho các công trình

giao thông đường bộ và không chịu ảnh hưởng bởi lũ

Khuyết điểm: Phát sinh nhiều công trình phụ trợ như bệ đúc, mũi dẫn và trụ tạm cùng với đó chiều cao dầm

và số lượng bó cáp nhiều, chiều dài kết cấu của phương pháp này bị hạn chế

 Công nghệ lắp hẫng và đúc hẫng:

Đúc hẫng thực chất thuộc phương pháp đổ bê tông tại chỗ theo từng phân đoạn từng đợt trong ván khuôn di

động được treo trên đầu xe đúc

Ưu điểm:

o Giảm được chi phí đà giáo;

o Ván khuôn được dùng lại nhiều lần với cùng một thao tác lặp đi lặp lại sẽ giảm chi phí nhân lực và

nâng cao năng suất lao động Đẩy nhanh tiến độ thi công của công trình;

o Phù hợp với việc xây dựng các kết cấu nhịp có chiều cao mặt cắt ngang thay đổi;

o Khi đúc dầm chỉ cần điều chỉnh cao độ ván khuôn đáy dầm cho phù hợp;

o Việc thay đổi chiều cao tiết diện cho phép sử dụng vật liệu kết cấu hợp lí, giảm được trọng lượng kết

cấu và cho phép vượt các nhịp lớn;

o Việc áp dụng cho cầu có nhịp trung và lớn có nhiều lợi thế, đặc biệt trong điều kiện thi công khó khắn, không thể thi công hệ đà giáo chống từ mặt đất như là thi công qua thung lũng sâu rộng, bên dưới có giao thông di chuyển qua lại

o Không phụ thuộc quá nhiều vào không gian dưới cầu do có thể thi công trong điều kiện sông sâu hay xây dựng cầu vượt qua thành phố;

Nhược điểm: Việc thi công trên mặt bằng chật hẹp đòi hỏi đơn vị thi công phải có trình độ tổ chức tốt, thiết

bị máy móc đồng bộ cũng như trình độ kỹ sư, công nhân phù hợp để đảm bảo chất lượng thi công cho công trình

 Như vậy căn cứ vào các yếu tố trên như ưu điểm và khuyết điểm cũng như các thông số về chiều dài nhịp, khổ thông thuyền, vị trí xây dựng công trình,… dẫn đến quyết định lựa chọn phương án đúc hẫng cần bằng để thi công dự án

3.3 Giải pháp thiết kế:

3.3.1 Khái quát chung về phương án đúc hẫng cân bằng:

_ Phương pháp đúc hẫng là quá trình xây dựng kết cấu nhịp dần từng đốt theo sơ đồ hẫng cho tới khi nối liền thành kết cấu nhịp cầu hoàn chỉnh Nguyên tắc cơ bản của phương pháp đúc hẫng cân bằng là sử dụng thiết bị giá đỡ ván khuôn (xe đúc) để tạo ra các đốt dầm, đoạn dầm Việc thi công kết cấu dầm được bắt đầu

từ khối dầm trên đỉnh trụ, sau đó các phân đoạn dầm từ 2,5m - 5m được thi công đối xứng qua khối đỉnh trụ lần lượt từng cặp khối về 2 phía Kết thúc thi công mỗi nhịp bằng khối hợp long giữa nhịp đó

_ Sau khi thi công xong các cánh hẫng thì phải hợp long theo trình tự được dự kiến và tính toán kĩ lưỡng từ trước Trước hết hợp long nhịp biên, nối đoạn thi công trên đà giáo cố định với một cánh hẫng đã được thi công hẫng Tiếp đến là hợp long các dầm tĩnh định nói trên với nhau thành hệ dầm siêu tĩnh có bậc siêu tĩnh tăng dần sau mỗi lần hợp long

_ Như vậy, phương pháp xây dựng hẫng là xây dựng kết cấu nhịp cầu từ những đốt liên tiếp nhau, mà mỗi đốt sau khi thi công xong sẽ đỡ trọng lượng của đốt tiếp theo và đôi khi là trọng lượng ván khuôn và thiết bị thi công Mỗi đốt dầm được đảm bảo liên kết với đốt trước và ngay sau đó sau khi đủ cường độ sau đó trở nên đủ khả năng tự chịu được lực và đến lược nó là bộ phận đỡ cho đốt tiếp theo nó Sự ổn định của mỗi đốt hẫng được đảm bảo tại mỗi bược thi công nhờ các cốt thép dự ứng lực có chiều dài tăng dần, được đặt trong phạm vi nắp bản hộp của các đốt dầm

_ Công nghệ thi công đúc hẫng cần bằng có ưu điểm là xử lý được các mối nối đơn giản hơn, kết cấu có tính toán khối lượng vững chắc tuổi thọ cao Tuy nhiên vì toàn bộ quá trình thực hiện đúc hẫng trên đà giáo

di động nên đòi hỏi trình độ thi công cao

3.3.2 Bố trí chung cầu:

_ Sơ đồ bố trí chung toàn bộ cầu: 75 m + 110 m + 75 m

_ Chiều dài toàn cầu: 260 m

_ Độ dốc dọc theo phương ngang cầu: i n 2%;

Trang 9

_ Cầu gồm 3 nhịp với nhịp chính có chiều dài là 110 m và 2 nhịp biên với chiều dài là 75 m với kết cấu

dạng khung nhịp liên túc

3.3.3 Mặt cắt ngang cầu:

_ Bể rộng khổ cầu là 19.6 m được phân chia như sau:

+ Gồm hai lề bộ hành, mỗi lề bộ hành chiều rộng 1.8 m;

+ Gồm bốn làn xe lưu thông, mỗi làn có chiều rộng 4 m;

_ Các thông số về mặt cắt ngang cầu:

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ KẾT CẤU NHỊP

4.1 Căn cứ để lựa chọn nhịp giải pháp thiết kế:

4.1.1 Chiều dài của nhịp chính (L g ):

_ Đầu tiên, để lựa chọn chiều dài nhịp chính (L) ta căn cứ vào các yếu tố sau đây:

+ Khẩu độ thông thuyền;

+ Chiều dài phần cầu dự kiến thiết kế;

+ Các chiều dài nhịp thông dụng thường là 64, 75, 83, 95, 110, 120, 130 và 150;

_ Nhịp chính sẽ được chia thành các đốt đỉnh trụ K0, các đốt đúc hẫng Ki và đốt hợp long Kc

4.1.2 Chiều dài của nhịp biên (L b ):

_ Chiều dài nhịp biên được chọn theo công thức nhịp biên đúc hẫng: L b (0.6 0.7) L g

Theo điều kiện đúc hẫng cân bằng thì: 1 ( ) 0

4.1.3 Chiều dài của khối đốt đúc hẫng (K i ):

_ Chiều dài các khối đốt đúc hẫng Ki chọn trong khoảng từ 3 m, 3.5 m, 4 m và có thể không cần bằng nhau, những đốt ngoài cùng có chiều dài lớn hơn, sao cho các đốt đúc hẫng là số nguyên và trọng lượng đốt đúc hẫng nặng nhất không vượt quá 60 tấn, sau khi cộng lại chiều dài các đốt Ki và đốt hợp long Kc, chiều dài còn dư của nhịp tính vào đốt K0 Chiều dài đốt K0 phải chọn từ (10 12) m, tùy thuộc vào loại xe đúc dầm

4.1.4 Kích thước của dầm hộp:

_ Nguyên tắc thiết kế là lựa chọn kích thước dầm hộp trước sao cho kích thước mặt cắt dầm hộp thấy cân đối và hợp lí nhất, sao đó tiến hành tính toán để kiểm tra và khẳng định những điều đã chọn Việc lựa chọn ban đầu dựa vào kinh nghiệm thiết kế thực tế, các thiết kế công trình xây dựng và công thức kinh nghiệm

4.1.5 Chiều cao của dầm hộp:

_ Chiều cao dầm hộp thay đổi theo quy luật tuyến tính hoặc theo đường cong đáy dầm đã tính toán Thông thường, mặt cắt đáy dầm cong theo đường cong bậc 2 với chiều cao dầm hộp tại:

+ Dầm hộp với khổ cầu 10.5m ta dùng dầm hộp vách đứng;

+ Dầm họp với khổ cầu 10.5m ta dùng dầm hộp vách xiên;

Trang 10

4.1.6 Xác định chiều cao của dầm tại mỗi mặt cắt:

_ Chiều dài đoạn dầm có chiều cao thay đổi: ( )

2

g vach c h

_ Chiều dài vách ngăn tại mặt cắt gối có thể lấy bằng bề rộng của trụ

_ Lấy trục tọa độ Oxy với gốc tọa độ tại điểm giữa nhịp, trục Oy quay xuống, phương trình đường cong đáy

dầm có dạng: y a x2  b y c

_ Trong mỗi đốt dầm, chiều cao và độ dày đáy đổ theo quy luật tuyến tính, trong phạm vi mỗi đốt, ta coi

như mặt cắt là không đổi và có tiểt diện lấy theo mặt cắt giữa mỗi đốt dầm Trong tính toán xác định nội

lực, số mặt cắt để xác định tung độ đường ảnh hưởng lấy theo số lượng đốt đúc và như vậy cách chia phần

tử trong sơ đồ tính toán trùng với sơ đồ cách phân chia đốt dầm

4.2 Lựa chọn kết cấu của nhịp:

4.2.1 Kích thước kết cấu của nhịp:

_ Dầm chủ của kết cấu nhịp cầu chính có dạng mặt cắt ngang hình hộp dạng vách xiên (với độ dốc xiên là

+ Modul đàn hồi: E c 32803MPa32803000kN/m2;

_ Chiều dài kết cấu nhịp:

+ Chiều dài của nhịp biên: L b 75m;

+ Chiều dài của nhịp chính: L g 110m;

Vậy ta có tỷ lệ 75 0.6818

110

b g

_ Theo tiêu chuẩn TCVN 11823 – 2017 thì chiều dày tối thiểu cho phép của bản mặt cầu là 175 mm vì vậy

chọn chiều dày bản mặt cầu ts 300 mm

_ Chiều dày thành hộp và bản đáy hộp được chọn theo kinh nghiệm trong đó chiều dày thành hộp tw = 600

mm và bản đáy có chiều dày thay đổi Tại mặt cắt đỉnh trụ có chiều dày là 1000 mm và tại giữa nhịp có chiều dày là 300 mm

Hình 4.1 Mặt cắt ngang của dầm tại đỉnh trụ

Hình 4.2 Mặt cắt ngang của dầm tại sát đỉnh trụ

Trang 11

Hình 4.3 Mặt cắt ngang của dầm tại hợp long

Hình 4.4 Mặt cắt ngang của dầm tại đà giáo

4.2.2 Phương trình đường cong đáy dầm:

_ Đường cong đáy dầm có dạng đường cong parapol có phương trình: 2

y a x   b x c

Hình 4.3 Hệ tọa độ đường cong đáy dầm

_ Chọn các gốc tọa độ như sau: trụ đứng là trục Y và trục nằm ngang là trục X

_ Dầm có mặt cắt thay đổi chiều cao hộp ở đỉnh trụ là 6.5 m và chiều cao hộp ở giữa nhịp là 2.5 m Mặt cắt

dầm có dạng hộp vách xiên Chiều cao dầm thay đổi từ 6.5 m ở đỉnh trụ và 2.5 m ở giữa nhịp Chiều dày

bản đáy cũng thay đổi ở mặt cắt đỉnh trụ là 1000 mm và ở giữa nhịp là 300 mm Chiều dày bản nắp thay đổi

từ đỉnh trụ là 450 mm và ở giữa nhịp là 300 mm

_ Xác định đường cong đáy dầm như sau:

+ Vì chiều cao đáy dầm thay đổi từ 6.5 – 2.5 m do đó đáy dầm sẽ thay đổi biến thiên theo hình đường cong;

+ Ta bỏ qua đốt hợp long và đốt tại đỉnh trụ vì tại đó đáy hộp nằm ngang Khi đó cung parabol sẽ cắt trục hoành tại các điểm A(0,0) và C(105000,0) Tọa độ của đinh parabol là B(52500,4000);

+ Thay 3 điểm A B C vào phương trình y a x2  b x c ta được: 2 2 16

1378125 105

y  x  x; _ Xác định tọa độ đáy dầm so với mép trụ: ta tính được chiều cao dầm h i 6500y li

_ Sau khi thống kê chiều cao mặt cắt thay đổi như sau:

k8

k9

Trang 12

_ Ta có chiều cao dầm tại hi như sau:

_ Công tác phân chia đốt dầm phụ thuộc vào năng lực của xe đúc Ta chia các đốt như sau:

+ Đốt đà giáo có chiều dài 12 m gồm một đốt 3 m và 2 đốt 4.5 m;

+ Các đốt K1, K2, K3, K4, K5, K6 có chiều dài 2.5 m;

+ Các đốt K7, K8, K9, K10, K11, K12, K13, K14, K15, K16, K17 có chiều dài 3m;

+ Đốt hợp long giữa nhịp có chiều dài 1m;

+ Đốt hợp long biên có chiều dài 3 m và đốt đúc trên đà giáo có chiều dài 18 m;

Hình 4.4 Sơ đồ phân bố các đốt trên nhịp chính

Hình 4.5 Sơ đồ phân bố các đốt trên nhịp biên

1500 4500 6@2500

11@3000 3000

75000

Trang 13

CHƯƠNG V: LAN CAN VÀ LỀ BỘ HÀNH

5.1 Lan can:

5.1.1 Thanh lan can:

_ Chọn thanh lan can là thép ống có đường kính ngoài D = 100 mm và đường kính trong d = 90 mm

_ Khoảng cách hai cột của lan can là L = 2000 mm = 2 m

_ Khối lượng riêng của thép lan can 5

7.85 10

s

    N/mm3 _ Thép dùng cho lan can dùng thép M720 cấp 250 là f y  250MPa

 Tải trọng tác dụng lên thanh lan can:

_ Theo phương thẳng đứng (y):

+ Tĩnh tải: trọng lượng tính toán của bản thân lan can

+ Hoạt tải: tải trọng phân bố w = 0.37 N/mm;

_ Theo phương nằm ngang (x):

+ Hoạt tải: tải trọng phân bố w = 0.37 N/mm;

_ Tải trọng tập trung P = 890 N: hợp với các lực theo phương thẳng đứng và nằm ngang gây nguy hiểm

Hình 5.1 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên thanh lan can

 Nội lực của thanh lan can:

_ Theo phương đứng (y):

+ Momen do tĩnh tải tại mặt cắt giữa nhịp:

_ Theo phương ngang (x):

+ Momen do hoạt tải tại mặt cắt giữa nhịp:

R 0.95 là hệ số dư thừa I 1.05 là hệ số quan trọng

     D R I 0.95 0.95 1.05  0.948

+ DC 1.25: là hệ số tải trọng cho tĩnh tải;

+ LL 1.75: là hệ số tải trọng cho hoạt tải;

Thay các giá trị vào ta có:

 Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh lan can:

_ Khả năng chịu lực của thanh lan can phải thõa: M n M u

Trong đó:

+ 1: là hệ số sức kháng;

+ M u= 1114492.5 N.mm: là momen lớn nhất do tĩnh tải và hoạt tải gây ra;

+ M n  f yS: là sức kháng của tiết diện;

S là momen kháng uốn của tiết diện, có công thức:

1000

2000

1000 p=890 N

Trang 14

5.1.2 Cột lan can:

 Tải trọng tác dụng lên cột lan can:

_ Ta tính toán với cột lan can ở giữa, với sơ đồ tải trọng tác dụng vào cột lan can:

Hình 5.2 Sơ đồ hoạt tải tác dụng vào cột lan can

Trong đó;

+ P = 890 N : là lực tập trung tác dụng lên đỉnh trụ lan can, theo phương bất kỳ;

+ w = 0.37 N/mm : là lực phân bố tác dụng trên tay vịn theo cả hai phương x và y;

_ Để đơn giản tính toán 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

_ Chọn ống thép liên kết giữa thanh lan can vào trụ có tiết diện như sau:

+ D1 = 110 mm là đường kính ngoài;

+ d1 = 102 mm là đường kính trong;

_ Tải trọng tác dụng lên lan can trụ:

Hình 5.3 Cấu tạo của trụ lan can

 Nội lực của cột lan can:

u LL

V     P P      = 3940.125 N = 3.94 kN _ Momen uốn dọc trục:

D102 D102

Trang 15

Hình 5.4 Mặt cắt A-A của cột lan can

_ Các đặc trưng của tiết diện:

x x

I S

y y

I S

x x s

I r A

+ Bán kính quán tính đối với trục y-y:

2937184

28.7563552

y y s

I r A

_ Kiểm tra sức kháng nén:

2

y s

+ K = 0.875: là hệ số chiều dài có hiệu ( 22TCN 272-05; 4.6.2.5);

+ l = 820 mm: là chiều dài không liên kết;

+ rs = 28.756 mm : là momen quán tính đối với trục mất ổn định;

Vậy ta có:

0.875 820 250

0.07928.756 200000

y s

0.005859323.991

u r

+ Mrx, Mry : là sức kháng uốn có hệ số đối với trục x và y;

Trang 16

+ K = 0.875: là hệ số dài hữu hiệu (22TCN 272-05; 4.6.2.5);

+ I = 820 mm: là chiều dài không được giằng (I=h);

+ r: là bán kính hồi chuyển nhỏ nhất (ta tính cho tiết diện tại mặt cắt B-B vì tiết diện ở đây là nhỏ nhất);

Hình 5.5 Mặt cắt B-B của cột lan can

Momen quán tính lấy đối với trục x-x:

8892090

54.4433000

x x s

I r A

Bán kính quán tính đối với trục y-y:

2934240

31.2743000

y y s

I r A

Đạt yêu cầu về độ mảnh của cột lan can

 Bố trí bu lông cho cột lan can:

_ Chọn bulông có đường kính d = 20 mm loại A37 để liên kết bulông với tường bê tông

Hình 5.6 Sơ đồ tính sức chịu nhổ của bulông

_ Kiểm tra khả năng chịu cắt:

+ Sức kháng cắt của một bulông: R n1 0.38A bF ubN s

Trong đó: Ab : là diện tích bulông theo đường kính danh định

20314.159

Trang 17

Fub = 420 MPa: là cường độ chịu kéo nhỏ nhất của bulông A307 theo điều 6.4.3.1 22TCN 272-05

Ns = 2: là số mặt phẳng cắt cho bulông

Thay các giá trị vào công thức ta có: R n1 0.38A bF ubN s 0.38 314.159 420 2   100279.553N

+ Sức kháng ép mặt của tấm thép: R n2 2.4  d t F u

Trong đó: d = 20 mm là đường kính danh định của bulông;

t = 8 mm là bề dày nhỏ nhất của tấm thép chịu cắt;

Fu = 400 MPa là cường độ chịu kéo đứt của tấm thép;

Thay các giá trị trên vào công thức ta có R n2 2.4  d t F u 2.4 20 8 400 153600    N

 Sức kháng cắt của bulông là R n min(R n1;R n2)min(100279.553;153600)100279.553N

Lực tác động lên 1 bulông: 3940.125 985.031

u u

V

P    < Rn = 100279.553 N Đạt yêu cầu về điều kiện chịu cắt bulông

_ Kiểm tra khả năng chịu kéo và chịu cắt kết hợp:

33

Trong đó: t = 8 mm là bề dày nhỏ nhất của tấm thép chịu cắt;

Pu là lực kéo trực tiếp trên 1 bulông do tải trọng tính toán P

Cân bằng momen quanh hàng bulông bên trái ta có:

 s 0.65: hệ số sức kháng bulông chịu cắt theo 22TCN 272-05;

Rn = 100279.553 N: sức kháng cắt danh định của bulông;

Thay các giá trị vào công thức ta có:

5.2 Lề bộ hành:

5.2.1 Tải trọng tác dụng lên lề bộ hành:

_ Xét trên 1 m chiều dài:

+ Hoạt tải người đi bộ: PL =0.03 1000   3N/mm;

+ Tĩnh tải: DC =1000 100 0.25 10      6 2.5N/mm;

Hình 5.8 Sơ độ tính nội lực lề bộ hành

Trang 18

5.2.2 Tính nội lực của lề bộ hành:

Giả sử dầm làm việc là dạng dầm giảng đơn

_ Momen tại mặt cắt giữa nhịp:

+ Do tĩnh tải gây ra:

Trong đó:  là hệ số điều chỉnh tải trọng   D R I

Với D 0.95là hệ sô dẻo;

_ Tính toán cốt thép cho moment âm (tại gối):

+ Tiết diện chịu lực bh= 1000 mm 100 mm;

+ Lớp bê tông bảo vệ: 25 mm;

+ Giả thiết dùng N.10 G40 có dp = 9.5 mm, Ab = 71 mm2, fy = 280 MPa;

a c

c s

30

280

c s

_ Tính toán cốt thép cho moment dương (tại nhịp):

+ Tiết diện chịu lực bh= 1000 mm 100 mm;

+ Lớp bê tông bảo vệ: 25 mm;

+ Giả thiết dùng N.10 G40 có dp = 9.5 mm, Ab = 71 mm2, fy = 280 MPa;

Trang 19

1 2

a c

c s

30

280

c s

5.2.4 Kiểm toán ở trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm tra nứt):

_ Kiểm toán tại gối:

+ Tiết diện kiểm toán: Tiết diện chứ nhật có bh= 1000 mm x 100 mm

+ Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gần nhất:

e

A A n

+ Momen do ngoại lực tác dụng vào tiết diện:

1011828.125

g s

+ Khối lượng riêng của bê tông: c 2500Kg/m3

+ Modun đàn hồi của bê tông: E c 0.0431.5e  f e' 0.043 2500 1.5 3029440.087MPa + Modun đàn hồi của thép: Es = 200000 MPa

+ Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: 200000

6.79329440.087

s c

E n E

g s

+ Điều kiện khí hậu khắc nghiệt: Z  23000N/mm

+ Ứng suất cho phép trong cốt thép:

3 3

23000

325.12529.75 11900

sa

c

Z f

d A

+ So sánh f sa 325.125MPa > 0.6  f y  0.6 280   180MPa Chọn lấy f y  180MPa

+ Kiểm tra lại điều kiện: f s  43.940MPa f y  180MPa

Vậy ta thấy thõa mãn về điều kiện kiểm tra nứt của cầu

_ Kiểm toán tại giữa nhịp:

+ Tiết diện kiểm toán: Tiết diện chứ nhật có bh= 1000 mm x 100 mm + Khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép chịu kéo gần nhất:

A     d b   mm2+ Diện tích trung bình của bê tông bọc quanh môt thanh thép:

59500

119005

e

A A n

Trang 20

+ Khối lượng riêng của bê tông: c 2500Kg/m3

+ Modun đàn hồi của bê tông: E c 0.0431.5e  f e' 0.043 2500 1.5 3029440.087MPa

+ Modun đàn hồi của thép: Es = 200000 MPa

+ Hệ số tính đổi từ thép sang bê tông: 200000

6.79329440.087

s c

E n E

+ Điều kiện khí hậu khắc nghiệt: Z  23000N/mm

+ Ứng suất cho phép trong cốt thép:

3 3

23000

325.12529.75 11900

sa

c

Z f

+ Kiểm tra lại điều kiện: f s  31.386MPa f y  180MPa

Vậy ta thấy thõa mãn về điều kiện kiểm tra nứt của cầu

Hình 5.10 3D lan can và lề bộ hành của dự án

CHƯƠNG VI: MÔ HÌNH HÓA KẾT CẤU

6.1 Tải trọng và tổ hợp tải trọng:

6.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế:

_ Quy trình thiết kế đường ô tô: TCVN 4054-05

_ Quy trình thiết kế cầu: TCVN 11823-2017 (ASSHTO LRFD 12)

6.1.2 Quy mô xây dựng:

_ Cầu được thiết kế vĩnh cửu với mức tuổi thọ lớn hơn 100 năm

b) Cáp dự ứng lực:

_ Sử dụng cáp cường độ cao loại bó xoắn 7 sợi của hãng VSL có các chỉ tiêu như sau:

+ Đường kính danh định: 15.2 mm có As = 140 mm2; + Modunl đàn hồi: E = 197000 MPa = 197106kN/m2; + Cường độ kéo đứt: fu = 1860 MPa;

+ Giới hạn chảy: f y  0.9  f u  0.9 1860   1674MPa c) Thép:

_ Các chỉ tiêu vật lý chủ yếu:

+ Modul đàn hổi: E = 2105 MPa;

+ Giới hạn chảy: fy = 400 MPa;

6.1.5 Tổ hợp tải trọng:

a) Sử dụng cấp tải trọng theo quy trình thiết kế cầu (TCVN 11823-2017):

_ Hoạt tải thiết kế:

+ Xe tải thiết kế HL93, gồm xe 3 trục (HL93K) và xe 2 trục (HL93K);

+ Xe tải HL93S ( 2 xe tải cách nhau 15m) trong trường hợp cầu liên tục nhịp Ở trường hợp kể trên chỉ lấy 90% giá trị hoạt tải;

Trang 21

_ Thiết kế và kiểm toán dầm theo hai trạng thái giới hạn và sáu tổ hợp tải trọng:

+ Trạng thái giới hạn cường độ:

6.2.1 Tĩnh tải giai đoạn 1:

_ Tĩnh tải giai đoạn 1 chỉ có tải trọng bản thân dầm

_ Nguyên tắc tính toán: để đơn giản cho tính toán ta coi trọng lượng mỗi đốt dầm thay đổi tuyến

tính theo chiều dài đốt

_ Công thức tính toán: DC tt CA d; DC tc DCDC tt

Hình 6.1 Sơ đồ chi tiết các đốt dầm của cầu

_ Ta có bảng tính trọng lượng các đốt dầm như sau:

BẢNG 6.1 TỔNG HỢP TĨNH TẢI GIAI ĐOẠN I

(m)

F 1 (m 2 )

Đà giáo 18 27.32236 27.32236 27.32236 23.44 11527.85013 14409.81266

6.2.2 Tĩnh tải giai đoạn 2:

a) Trọng lượng lan can:

Hình 6.2 Cấu tạo lan can và lề bộ hành của cầu

_ Ta có bảng kêt cấu phía trên bao gồm lan can và lề bộ hành như sau:

18000

k1

4500 3000 S1

S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 S19

dg

k0 hl

k1 k2 k3 k4 k5 k6 k7 k8 k9 k10 k11 k12 k13 k14 k15 k16 k17

4500 6@2500

11@3000 3000

S sat tru

2500

Trang 22

Bảng 6.2 TỔNG HỢP TẢI TRỌNG KẾT CẤU PHÍA TRÊN

1 Tính trọng lượng chân lan can

Chiều rộng chân lan can blc 0.4 m Chiều cao chân lan can hlc 0.7 m Trọng lượng rải đều phần chân lan can p1 4.26 kN/m

2 Tính trọng lượng cột lan can và tay vịn

Trọng lượng một cột lan can pclc 0.185 kN Khoảng cách bố trí cột lan can aclc 2 m

Trọng lượng rải đều của cột lan can pclc 0.094 kN/m Trọng lượng rải đều của tay vịn ptv 0.016 kN/m

_ Bề rộng lớp phủ mặt cầu phần xe chạy: K = 14.9 m

Vậy trọng lượng lớp phủ mặt cầu là: DW  14.9 1.67   24.883kN/m

c) Tổ hợp tải trọng giai đoạn II:

_ Tĩnh tải tiêu chuẩn:

+ Xe tải thiết kế và tải trọng làn thiết kế (HL93K) + Xe hai trục thiết kế và tải trọng làn thiết kế (HL93M) + Hai xe tải thiết kế cách nhau 15 m và tải trọng làn thiết kế (HL93S) _ Tải trọng người thiết kế: PL = 3.10-3MPa

 Làn xe thiết kế

_ Số lượng làn thiết kế được xác định bằng cách lấy số nguyên của chiều rộng phần xe chạy chia cho

4000 mm

Với bề rộng mặt đường xe chạy K = 14.9 m, nên ta có 4 làn thiết kế lần lượt 2 làn 4 m và 2 là

Xe tải thiết kế

_ Xe tải thiết kế: gồm trục trước nặng 35KN, hai trục sau mỗi trục nặng 145KN, khoảng cách giữa 2 trục trước là 4300 mm, khoảng cách hai trục sau thay đổi từ 4300 – 9000 mm sao cho gây ra nội lực lớn nhất, theo phương ngang khoảng cách giữa hai bánh xe là 1800 mm

Trang 23

 Tải trọng làn thiết kế

_ Gồm tải trọng 9.3 N/mm phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều

trên chiều rộng 3000 mm Hiệu ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích

Hình 6.5 Đặc trưng tải trọng làn thiết kế

 Hoạt tải người đi bộ (PL)

_ Là tải trọng phân bố được qui định độ lớn là 3.10-3 MPa

_ Tải trọng người bộ hành phân bố đều trên toàn bộ bề rộng 1450 mm của lề bộ hành và kéo dài đến hết

chiều dài nhịp dầm Ta chuyển từ tải trọng phân bố trên diện tích thành tải trọng phân bố theo phương dọc

cầu, bằng cách nhân giá trị độ lớn với 1450 mm Được giá trị độ lớn phân bố trên chiều dài

3

WPL   3 10  1450  4.35kN/m Không tính hệ số xung kích cho tải trọng người đi

 Tải trọng xung kích

_ Là tải trọng đưa vào tải trọng xe 3 trục hay xe hai trục lấy bằng 25% tải trọng của mỗi xe

6.3 Nội lực giai đoạn thi công:

6.3.1 Nguyên tắc tính toán và tổ hợp tải trọng:

_ Khi tính toán nội lực và thi công kết cấu 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 Tuy nhiên do ta dùng chương trình để tính toán

nội lực trong kết cấu do đó ta không áp dụng nguyên lý cộng tác dụng mà lấy kết quả trực tiếp từ các tổ hợp

tải trọng trong chương trình

_ Độ cứng của tiết diện tính theo kích thước bêtông 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:

Giai đoạn I : Thi công khối K0 trên đỉnh trụ

+ Sau khi hoàn tất các công tác thi công mố, trụ cầu Ta tiến hành lắp đặt đà giáo đúc hẫng neo vào thân trụ

V1,V2 để tiến hành thi công khối dầm K0 trên đỉnh trụ V1,V2;

+ Khi bê tông đủ cường độ sẽ tiến hành căng các bó cáp dự ứng lực cho đốt K0 và tiến hành

lắp đặt xe treo chuẩn bị cho công tác đúc hẫng cân bằng ở giai đoạn tiếp theo;

Giai đoạn II : Thi công đúc hẫng đối xứng các đốt qua trụ (từ đốt K1-K10) :

 Kết cấu chịu lực theo sơ đồ conson Khi đó moment âm ở đỉnh trụ là lớn nhất

 Tải trọng tác dụng bao gồm:

+ Trọng lượng bản thân các đốt bê tông Ở giai đoạn này chúng ta sẽ phân ra hai trường hợp là trọng lượng

bản thân bê tông ướt và trọng lượng bản thân sau khi đã thành kết cấu;

+ Trọng lượng 2 xe đúc đối xứng (bao gồm cả ván khuôn);

+ Các tải trọng thứ cấp như từ biến, co ngót;

+ Thi công đồng thời các đoạn dầm đúc trên đà giáo theo trình tự thiết kế;

Giai đoạn III : Đổ bê tông xong đốt hợp long ở nhịp biên nhưng bê tông chưa đông cứng

 Khi đó bê tông dẻo còn chưa hoá cứng, trọng lượng của ván khuôn hợp long, của hỗn hợp bê tông dẻo, của cốt thép hợp long được coi như chia đôi để tác dụng lên hai sơ đồ hệ thống kết cấu tách biệt nhau, một

là sơ đồ đúc trên đà giáo phần nhịp biên, hai là sơ đồ khung cứng T của phần đúc hẫng từ trụ ra nhịp biên Tuy nhiên các đốt hợp long biên thường không sử dụng xe đúc mà sẽ đúc trên hệ đà giáo hoặc sử dụng hệ

đà giáo treo do bị cấn hệ đà giáo của đốt đúc trên đà giáo

 Các tải trọng tác dụng bao gồm:

+ Trọng lượng bản thân của các đốt hợp long biên;

+ Trọng lượng ván khuôn và hệ đà giáo treo để hợp long biên;

+ Tải trọng thi công rải đều;

+ Đối với xe đúc: có thể dỡ xe đúc hợp long biên hoặc dời xe đúc lại 1 đốt để thuận tiện trong quá trình thi công, tùy vào chiều dài kết cấu nhịp và chuyển vị của đầu hẫng do tải trọng xe đúc ở phía giữa nhịp gây ra;

Giai đoạn IV : Hợp long xong nhịp biên và bê tông đã hoá cứng

 Trong giai đoạn này ván khuôn ở thành bên của đốt hợp long đã tháo ra và tiến hành căng cáp dự ứng lực nhóm 2 ở bản đáy của nhịp biên, sau đó tháo nốt ván khuôn đáy của đốt hợp long Tiến hành dỡ bỏ xe đúc nếu trước đó chưa dỡ bỏ Như vậy tương ứng với 2 lực tập trung hướng lên trên đặt tại 2 đầu của đốt hợp long Dự ứng lực của cáp nhóm biên sẽ làm cong vồng lên cả nhịp biên khiến cho tĩnh tải bản thân của phần đúc trên đà giáo và phần tải trọng thi công rải đều mà trước đây đè lên đà giáo thì nay tác dụng lên kết cấu nhịp vừa được nối thành sơ đồ khung siêu tĩnh

Giai đoạn V : Thi công đốt hợp long giữa nhịp giữa (bê tông đốt hợp long chưa khô)

 Khi đó sẽ lắp các ván khuôn hợp long nhịp giữa và đổ bê tông nhịp giữa Sơ đồ kết cấu vẫn là 2 hệ thống riêng biệt Mỗi nhịp sẽ chịu một nữa tải trọng

 Tải trọng tác dụng:

+ Trọng lượng ván khuôn và thiết bị hợp long giữa (xe đúc hoặc hệ đà giáo treo);

+ Trọng lượng bản thân đốt hợp long;

Trang 24

Giai đoạn VI : Hợp long giữa và bê tông đã hoá cứng

 Trong giai đoạn này ván khuôn thành bên đã được tháo dỡ, các cáp dự ứng lực nhịp giữa

đã được đặt và căng xong, xe đúc đã rút đi, ván khuôn đáy hợp long đã được tháo dỡ

 Lúc này sơ đồ cầu đã được nối cứng ở đốt hợp long trở thành một kết cấu dầm liên tục 3

nhịp

Giai đoạn VII : Giai đoạn khai thác

 Sơ đồ kết cấu: Dầm liên tục 3 nhịp

 Tải trọng tác dụng:

+ Tải trọng bản thân;

+ Tĩnh tải giai đoạn 2 ( lan can, lớp phủ, );

+ Hoạt tải xe + tải trọng làn;

+ Hoạt tải người;

6.3.2 Xác định tải trọng giai đoạn thi công

a) Tải trọng xe đúc:

_ Dựa vào khối lượng từng đốt, ta chọn loại xe đúc 80 tấn, độ lệch tâm của trọng tâm xe đúc và điểm đặt lực

là e = 2 m Vậy tải trọng do xe đúc gây ra là:

+ Fz = -800 kN;

+ My   800    2 1600kN.m;

_ Đối với các đốt hợp long biên trái, hợp long biên phải và hợp long giữa ta chọn sử dụng

hệ đà giáo treo để thi công (không dùng xe đúc do bị vướng của hệ đà giáo của đoạn dầm đúc trên

đà giáo) vì vậy lúc này toàn bộ các xe đúc sẽ được giỡ bỏ Vậy ta có các loại tải trọng xe đúc như

b) Tải trọng bê tông ướt:

_ Tải trọng bê tông ướt là tải trọng của bê tông đốt dầm khi chưa đông cứng, có tải trọng được đặt trên đốt dầm đã thi công trước đó với lực cắt là trọng lượng bản thân dầm và gây ra moment bằng tải trọng x ½ (chiều dài đốt)

_ Đối với các đốt hợp long biên trái, hợp long biên phải và hợp long giữa, tải trọng bê tông được đặt trên 2 đầu cánh hẫng nên sẽ giảm đi một nửa và không gây ra moment lệch tâm

Bảng 6.5 TỔNG HỢP TẢI TRỌNG BÊ TÔNG ƯỚT

c) Tải trọng thi công:

_ Hoạt tải thi công và thiết bị phụ (CLL): Hoạt tải thi công phân bố được lấy bằng 0.24 kN/m2 nhân với bề rộng của cầu là 19.6 m

Trang 25

Bảng 6.6 TỔNG HỢP TẢI TRỌNG THI CÔNG

THI CÔNG

VỊ TRÍ ĐẶT

TẢI PHÂN BỐ (kN/m)

_ 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 của điều kiện thời tiết và điều kiện thi công thực

tế ngoài công trường

_ Thi công thân trụ tháp: Thường kéo dài 30 ngày

_ Thi công đốt K0 trên trụ tháp thường kéo dài 12 ngày

_ Thi công đúc hẫng cân bằng các đốt thường kéo dài 7 ngày theo trình tự:

+ Ngày 1: Căng cáp dự ứng lực và di chuyển lắp dựng xe đúc

+ Ngày 2 và 3: Lắp đặt cốt thép, ống ghen, ván khuôn

+ Ngày 4: đổ bê tông đốt dầm

+ Ngày 5,6 và 7: Bảo dưỡng bê tông

_ Tải trọng giai đoạn thi công gồm tải trọng bê tông ướt, tải trọng xe đúc (bao gồm cả ván khuôn)

_ Trình tự các bước thi công như sau:

Bước 0: Thi công trụ cầu, đúc đốt K0, thi công tháp cầu, sau đó tiến hành đúc các đốt tiếp theo,

kéo dài khoảng 42 ngày Cùng lúc này thi công các nhịp dẫn được đúc trên đà giáo

Bước 1: Thi công đốt K1 (7 ngày):

+ Ngày 1: căng cáp DUL đốt K0 + Ngày 2,3: Di chuyển xe đúc, lắp đặt cốt thép, ống gen, ván khuôn

+ Ngày 4: đổ bê tông đốt K1 + Ngày 5,6,7: bảo dưỡng bê tông

Trang 26

+ Ngày 1: căng cáp DUL đốt K7, lắp đtặ cáp dây văng 1 và 1’

+ Ngày 2,3: Di chuyển xe đúc, lắp đặt cốt thép, ống gen, ván khuôn

+ Ngày 4: đổ bê tông đốt K8

+ Ngày 5,6,7: bảo dưỡng bê tông

+ Ngày 1: căng cáp DUL đốt K8, lắp đặt các dây văng 2 và 2’

Bước 12: Hợp long nhịp biên (7 ngày):

+ Ngày 2,3: Dỡ toàn bộ xe đúc, lắp đặt cốt thép, ống gen, ván khuôn và hệ đà giáo treo

+ Ngày 4: đổ bê tông đốt HL Biên

Bước 13: Dỡ bỏ đà giáo cố định nhịp biên (1 ngày):

+ Ngày 1: căng cáp DUL nhịp biên, dỡ bỏ đà giáo đỡ nhịp biên

Bước 14: Hợp long nhịp giữa (7 ngày):

+ Ngày1,2,3: lắp đặt cốt thép, ống gen, ván khuôn và hệ đà giáo treo đốt hợp long giữa

+ Ngày 4: đổ bê tông HL Giữa

Bước 15: Nối liền kết cấu nhịp (1 ngày):

+ Ngày 1: Tiến hành căng cáp DUL giữa

Bước 16: Thi công lan can, lớp phủ mặt cầu và khai thác (1000 ngày)

6.4 Mô hình hóa kết cấu:

6.4.1 Khái báo vật liệu kết cấu:

Hình 6.5 Thông số vật liệu bê tông dầm

Hình 6.6 Thông số vật liệu bê tông trụ

Trang 27

Hình 6.7 Thông số vật liệu cáp dự ứng lực

6.4.2 Khai báo co ngót - từ biến và cường độ bê tông thép CEB-FIP 2010:

a) Tính co ngót - từ biến của bê tông dầm fc 45:

Hình 6.8 Khai báo thuộc tính cho bê tông dầm f c 45 Hình 6.9 Kết quả tính toán của bê tông dầm f c 45

b) Tính co ngót - từ biến của bê tông dầm fc 30:

Hình 6.10 Khai báo thuộc tính cho bê tông dầm f c 30

Trang 28

Hình 6.11 Kết quả tính toán của bê tông dầm f c 30

c) Sự thay đổi cường độ của bê tông dầm fc 45:

Hình 6.12 Kết quá tính toán về sự thay đổi cường độ của bê tông dầm

d) Sự thay đổi cường độ của bê tông trụ fc 30:

Hình 6.13 Kết quá tính toán về sự thay đổi cường độ của bê tông trụ

6.4.4 Tạo sơ đồ kết cấu bằng node và element:

_ Dựa vào vị trí các đốt dầm, các trụ ta xác định được tọa độ các điểm (node) cần thiết để mô hình hóa kết cấu

_ Khi tạo điểm và phần tử, cần chú ý đánh số nhóm và phần tử theo những nhóm nhất định để thuận tiện cho việc quản lí

_ Ở đây ta chia các nhóm điểm như sau:

Trang 29

Bảng 6.7 PHÂN CHIA NHÓM CÁC ĐIỂM VÀ PHÂN TỬ

1 100to143 100to142 Tọa độ dầm bên trái đến giữa đốt hợp long giữa

2 200to242 200to241 Tọa độ dầm bên phải đến giữa đốt hợp long giữa

Hình 6.14 Tạo sơ đồ kết cấu

6.4.5 Mô hình hóa kết cấu:

_ Sau khi tạo sơ đồ kết cấu, gán các mặt cắt tương ứng với các phần tử, cần chú ý khi gán mặt cắt phải chọn

đúng dạng kết cấu và loại vật liệu của phần tử:

+ Các phần tử dầm, trụ và tháp thuộc nhóm Beam;

+ Các phần tử cáp DUL thuộc nhóm Truss hoặc Tension;

Hình 6.15 3D toàn cầu trong midas

6.4.6 Khai báo nhóm điều kiện cho kết cấu:

_ Điều kiện biên (hay liên kết biên) là các gối hoặc liên kết trong tạo trong midas để mô phỏng lại sự làm việc thực tế của kết cấu

_ Dựa vào sự làm việc thực tế của dầm, ta có các nhóm điều kiện biên như sau

Bảng 6.8 TỔNG HỢP CÁC NHÓM ĐIỀU KIỆN

BG1 Liên kết ngàm tại chân trụ T1 và T2 BG2 Liên kết cứng từ thân trụ vào bệ trụ BG3 Liên kết cứng từ dầm xuống trụ BG4 Liên kết gối di động tại 2 đầu dầm BG5 Liên kết gối di động tại đoạn đúc trên đà giáo (thay cho đà giáo)

khi chưa hợp long biên

+ DGTrai: phần tử dầm thuộc nhóm đà giáo trái;

+ DGPhai: Phần tử dàm thuộc nhóm đà giáo phải;

6.4.8 Khai báo tải trọng tác dụng lên kết cấu:

_ Tải trọng do tĩnh tải: tải trọng bản thân và tĩnh tải giai đoạn 2

_ Tải trọng giai đoạn thi công: nguyên tắc: tải trọng khi đúc đốt dầm thứ Ki sẽ được đặt ở nút cuối đốt đã đúc trước đó Ki-1 đối với tải trọng tập trung (bê tông ướt) và rải đều trên đốt dầm đã đúc trước đó đối với tải phân bố (tải thi công) Vị trí đặt của tải trọng xe đúc sẽ tùy thuộc vào người thiết kế Các nhóm tải trọng thi công gồm:

+ Tải trọng xe đúc;

+ Tải trọng bê tông ướt;

+ Tải trọng thi công các đốt;

+ Tải trọng bản thân là tải trọng của các đốt dầm hiện hữu;

6.4.9 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 của điều kiện thời tiết và điều kiện thi công thực

tế ngoài công trường Ở đây ta lựa chọn quá trình thi công như sau:

+ Thi công thân trụ: thường kéo dài 30 ngày;

Trang 30

+ Thi công đốt K0 trên trụ tháp thường kéo dài 12 ngày;

+ Thi công đúc hẫng cân bằng các đốt K1 đến K10 kéo dài 7 ngày theo trình tự:

Ngày 1: Căng cáp dự ứng lực và cáp văng đốt trước (với đốt trước có cáp văng) và di chuyển lắp dựng xe

đúc

Ngày 2 và 3: lắp đặt cốt thép, ống ghen, ván khuôn

Ngày 4: đổ bê tông đốt dầm

Ngày 5,6 và 7: Bảo dưỡng bê tông

_ Thi công đốt hợp long nhịp biên: kéo dài 7 ngày như đối với thi công các đốt đúc hẫng

_ Sau khi thi công đốt hợp long nhịp biên, tiến hành căng cáp dự ứng lực nhịp biên, sau đó sẽ tháo các liên

kết neo, gối tạm ở đỉnh trụ để bố trí các gối chính theo sơ đồ gối thiết kế

_ Thi công đốt hợp long nhịp giữa: kéo dài 7 ngày như đối với hợp long nhịp biên

_ Sau khi thi công đốt hợp long nhịp giữa, tiến hành căng cáp dự ứng lực giữa

_ Giai đoạn hoàn thiện: dỡ toàn bộ tải thi công và các công trình phụ trợ, thi công tĩnh tải giai đoạn II

_ Kiểm toán dầm 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 K1 (Chu kì 7 ngày)

Hình 6.17 Tải trọng bê tông ướt đốt K1

Hình 6.18 Tải trọng thi công đốt K1

Trang 31

Hình 6.19 Mô hình thi công đốt K2

Điều kiện biên Tải trọng - Active Tải trọng - Deactive

Trang 32

Trang 33

1 T1K10 4 Không thay đổi DULK10 First XD10 First

Trang 34

Trang 35

 Bước 18: Hợp long nhịp biên (Chu kì 7 ngày)

2 T2K17 4 Không thay đổi XDHLtrai First BT17 First

Hình 6.35 Mô hình thi công hợp long nhịp biên

 Bước 19: Hợp long nhịp giữa (Chu kì 7 ngày)

_ Sau khi thi hoàn thành hợp long nhịp biên, ta tiến hành đúc đốt hợp long giữa trên hệ đà giáo treo, vì đúc

đốt hợp long giữa trên hệ đà giáo treo nên sẽ k có tải trọng xe đúc

 Bước 20: Nối liền kết cấu nhịp (Chu kì 0 ngày)

_ Ở bước này công việc thi công các đốt dầm đã hoàn thành, tiến hành căng cáp DUL chịu moment dương

giữa nhịp, tải trọng tác dụng lên dầm chỉ còn tải trọng thi công và các công trình phụ trợ

1 HLgiua 4 Không thay đổi DULgiua First XDHLgiua First

 Bước 21: Dỡ bỏ tất cả các tải trọng thi công (Chu kì 0 ngày)

Hình 6.36 Mô hình cầu sau hoàn thành và bắt đầu khai thác

Trang 36

6.4.10 Khai báo tổ hợp tải trọng:

_ Theo tiêu chuẩn thiết kế, dầm được tính toán và kiểm tra theo 2 trạng thái giới hạn, vì vậy ta có các tổ hợp

tải trọng như sau:

• Trạng thái giới hạn cường độ:

6.4.11 Chạy phần mềm Midas Civil và tính toán các đốt:

_ Sau khi khai báo toàn bộ tải trọng, tiến hành chạy chương trình và xuất kết quả nội lực dầm để kiểm toán

CHƯƠNG VII: KIỂM TOÁN DẦM GIAI ĐOẠN THI CÔNG

7.1 Xác định nội lực dầm chủ giai đoạn thi công:

_ Vì dầm được thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng, nên moment tại đỉnh trụ sẽ là lớn nhất và

sẽ phát triển theo nguyên lý cộng nội lưc Ta có sự phát triển moment của dầm tại các giai đoạn thi công như sau:

+ Bước 1: Thi công đốt K1

Trang 37

Trang 38

Trang 39

+ Bước 18: Hợp long nhịp biên

+ Bước 19: Hợp long nhịp giữa

+ Bước 20; Nối liền kết cấu nhịp

Trang 40

+ Bước 21: Dỡ bỏ tải trọng thi công

+ Bước 22: Bắt đầu khai thác

_ Tổng hợp nội dầm chủ các giai đoạn thi công:

Tiêu đề	Thiết Kế Cầu Bê Tông Cốt Thép Dự Ứng Lực Đúc Hẫng Cân Bằng
Tác giả	Lương Văn Thuận
Người hướng dẫn	TS. Đỗ Tiến Thọ
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Xây Dựng
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	110
Dung lượng	60,24 MB