thiết kế cầu qua sông với phương án '''''''' dầm bê tông cốt thép'''''''', chương 5 pps

chng 5: Tính toán sơ bộ khối l-ợng kết cấu ph-ơng án 2 1.1.1.1. Tính toán kết cấu nhịp: Ph-ơng án II là một kết cấu dây văng 3 nhịp, nhịp chính dài 182m + 2 nhịp biên dài 87m. Mặt cắt ngang dầm gồm 2 dầm chủ bê tông cốt thép tiết diện có chiều cao không đổi 1.8m, bản mặt cầu dầy 30cm. Khoảng cách giữa các dầm ngang là 6m bằng khoảng cách giữa các khoang dây văng. Diện tích tiết diện dầm: 7.33m 2 + Thể tích dầm: Vd = 7.33x370 = 2609.48m 3 + Thể tích 1 dầm ngang: Vn = 0.5 x 1.5x11.6 = 8.7 m 3 + Số l-ợng dầm ngang n = 56 dầm ( bằng số cặp dây) + Khối l-ợng dầm ngang: V n = 8.7 x 54 = 469.8 m 3 + Khối l-ợng bê tông dầm chủ + dầm ngang: V d = V dc + V dn = 3079.28m 3 + Khối l-ợng thép đ-ợc tính theo hàm l-ợng cốt thép th-ờng và cốt thép DƯL tham khảo của các cầu cùng kiểu kết cấu và có chiều dài nhịp t-ơng đ-ơng đ-ợc thiết kế và thi công trong thời gian gần đây. - Hàm l-ợng cốt thép th-ờng: 110 (kg/m 3 bê tông) - Hàm l-ợng cốt thép DƯL dầm chủ: 40 (kg/m 3 bê tông) Vậy: - Khối l-ợng cốt thép th-ờng dầm chủ + dầm ngang: 338720.8 kg - Khối l-ợng cốt thép DƯL dầm chủ : 104379.2 (kg) 1.1.1.2. Tính toán sơ bộ kích th-ớc của tháp, tiết diện dây văng: - Tính toán sơ bộ tiết diện kích th-ớc tháp cầu: 3 - 3 1 - 1 200 380 50 100 50 200 380 200 450 50 280 50 T? L? : 1/150 chi tiÕt ®Ønh th¸p 50 280 50 3 3 Tû lÖ : 1/350 CÊU T¹O th¸p CÇU 380 1200 5750 250 14@150 = 2100 3400 250 950 250 450 2% 2% 200 1250 200 250 14@150 = 2100 500 1640 1 1 500 6950 Coi cầu dây văng là hệ đối xứng chịu nguyên nhân đối xứng, theo cơ học kết cấu có thể đ-a về sơ đồ nửa hệ có sơ đồ nh- sau: - Để tính toán áp lực lên trụ tháp lấy mô men đối với điểm O (coi toàn bộ dây văng và dầm là một hệ cứng) g+p V LL O Sử dụng tháp có dạng hình thang (Chữ H), diện tích tối thiểu của một cột tháp có thể xác định theo công thức: A t = 1 1 2 1 2 1 2sin5.0 2 22 lR lP l l l lWg t xe = 1 1 2 21 sin4 42 lR lPllWg t xe Trong đó: A t : Diện tích một cột tháp (tháp 2 cột) g, W :Tĩnh tải và hoạt tải (tải trọng làn) tính toán tác dụng đều trên một giàn dây. l 1 , l 2 : Chiều dài nhịp biên và chiều dài nhịp chính l 1 = 87m, l 2 = 182m. R n : C-ờng độ vật liệu làm tháp bê tông cấp 40 Mpa có R n = 190Kg/cm 2 Góc nghiêng của chân tháp so với ph-ơng ngang, = 83 o . P xe :Tải trọng xe thiết kế, coi gần đúng xe là lực tập trung đứng tại vị trí tháp cầu: 35 + 145 + 145 = 325KN Xét tr-ờng hợp nguy hiểm, em tính toán cho một chân của trụ tháp (có kể đến hệ số phân phối ngang của hoạt tải) + Tĩnh tải : Do tải trọng bản thân hệ dầm mặt cầu: DC1 nbdc dgg 1 mKNmT /9.175/59.174.233.7g dc KNmmT 1.26/2.61 6 2.48.7 g dn mKN /2029.1751.26g d Tải trọng lớp phủ mặt cầu (DW): mKNmT /98.18/8975.111 x 2.3 x 0.075g lp Tải trọng lan can (DC2): mKNmT /04.11/104.12.4 x 0.23 x 2g lc Phản lực tác dụng lên trụ do kết cấu nhịp cầu tác dụng lên một chân trụ tháp: 1 2 21 .8 2. 5.0 l llg P i i t với l 1 = 87m, l 2 = 182m Nội lực do tĩnh tải Nội lực g i (KN/m) P i t (KN) DC1 202.00 18391.29 DC2 11.04 1005.15 DW 18.98 1728.05 + Hoạt tải: Xác định hệ số phân phối ngang: Đ-ờng ảnh h-ởng của gối dây văng: w 9000 600 1800 1200 1800 1200 1800 pxe 1.000 0.940 0.892 0.748 0.652 0.508 0.412 0.268 0.220 Hệ số phân phối ngang của tải trọng làn xe HL93: W 22.5 2 9)220.0940.0( Hệ số phân phối ngang của tải trọng xe tải thiết kế HL93: LL 74.1 2 268.0412.0508.0652.0748.0892.0 Vậy nội lực do tải trọng hoạt tải : xeLL w ht t P l llW P ).1( .8 2. 1 2 21 W = 3.1 KN/m (Theo ph-ơng ngang cầu tải trọng rải đều trên 3000mm nên lấy (1/3)x9.3 = 3.1 KN/m) KN l ll P ht t 3653.49325)25.01(74.1 .8 21.322.5 1 2 21 Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn I: )75.15.125.125.1(05.1 11111 ht t lp t lc t dc tt PPPPP Tải trọng DC1 DC2 DW P Hệ số vợt tải n 1.25 1.25 1.5 1.75 P i (KN) 18391.28 1005.15 1728.05 3653.49 P i xn i (KN) 22989.1 1256.4375 2592.075 6393.6075 P TT =1,05. P i xn i (KN) 34892.781 Diện tích tối thiểu của cầu là: 2 1 67.3 1190005.0 78.34892 sin5.0 m R P A t TT t Chọn tiết diện của tháp cầu chữ H có dạng hình hộp thay đổi. - Diện tích thật của đỉnh tháp: dinh A 3.8x2 - 2.8x1 = 4.8 m 2 > 3.67 m 2 - Diện tích thật của chân tháp: chan A 2 x 4.5 = 9m 2 > 3.67m 2 Diện tích trung bình của một cột tháp: tb A 2 9.6 2 98.4 m >3.67m 2 Đạt - Tính toán sơ bộ khối l-ợng tháp cầu Thể tích một trụ tháp: V 1trụ = 2x(12.1x9 + 42x4.8) + 1.5x2.5x15.75+1.5x2x11= 713.06m 3 Thể tích bệ móng của một tháp: V bệ = 16 x 28 x 5 = 2240 m 3 Thể tích bê tông 1 tháp cầu: V tháp =(V 1trụ + V bệ ) = 2953.06 m 3 Thể tích bê tông 2 tháp cầu: V 2tháp = 5906.12 m 3 + Hàm l-ợng sơ bộ: 80(kg/m 3 ). + Khối l-ợng cốt thép: 472489.6 kg 1.1.1.3. Tính toán khối l-ợng dây cáp: - Để tính toán khối l-ợng dây cáp ta phải tính sơ bộ diện tích từng dây. Tr-ớc tiên phải tính toán nội lực trong các dây + Trong cầu dây văng, dây làm việc nh- gối đàn hồi chịu kéo, nội lực trong dây đạt giá trị lớn nhất khi hoạt tải đứng trên toàn cầu. Khi đó lực dọc trong dây thoải nhất ở giữa nhịp là lớn nhất xác định theo công thức: g g ddgp S sin2 max Trong đó: g :Tĩnh tải tính toán phân bố đều tác dụng lên dây. p: Hoạt tải tính toán phân bố đều tác dụng trên dây. Trong đoàn xe HL93 có một xe tải thiết kế, để tiện tính toán ta đ-a về tải trọng phân bố đều (xe hai trục thiết kế qui về tải trọng tập trung không gây bất lợi bằng) K tđ = mKN yP dah ii /31.72 7 283,0.35463,0.1451.145 . d,d g : Chiều dài 2 khoang dầm nằm kề nút dây thoải nhất g : Góc nghiêng của dây văng thoải nhất ở khu giữa nhịp. Tĩnh tải : Do tải trọng bản thân hệ dầm mặt cầu: DC1 nbdc dgg 1 mKNmT /9.175/59.174.233.7g dc KNmmT 1.26/2.61 6 2.48.7 g dn mKN /2029.1751.26g d Tải trọng lớp phủ mặt cầu (DW): mKNmT /98.18/8975.111 x 2.3 x 0.075g lp Tải trọng lan can (DC2): mKNmT /04.11/104.12.4 x 0.23 x 2g lc Nội lực trong dây văng do tải trọng tĩnh tác dụng (một dây): g g ddgp S sin2 5.0 max 1 Với d = 8m, d g = 6m, g = 23 0 Nội lực do tĩnh tải Nội lực g i (KN/m) P i t (KN) 0.463 i - 1 p g 6000 4300 i di 0.283 P i+1 di+1 8000 1 4300 DC1 202.00 1810.30 DC2 11.04 98.94 DW 18.98 170.10 Hoạt tải: Hệ số phân phối ngang của tải trọng làn xe HL93: W 22.5 2 9)220.0940.0( mKNp W /182.161.322.5 Hệ số phân phối ngang của tải trọng xe tải thiết kế HL93: LL 74.1 2 268.0412.0508.0652.0748.0892.0 p LL = 1.74 x K tđ = 1.74 x 31.72 = 55.19 KN/m Nội lực trong dây văng do tải trọng hoạt tải tác dụng (một dây): g gh ddp S sin2 max Với d =6m, d g = 8m, g = 23 0 Nội lực p (KN/m) S i max (KN) W 16.18 281.91 LL 55.19 961.60 Tổ hợp nội lực theo trạng thái giới hạn I: ).75,175.1.5,1.25,1.25,1(05.1 21 LLWDWDCDCTT SSSSSS Tải trọng Hệ số S tc max (KN) S tt max (KN) DC1 1.25 1810.30 2262.87 DC2 1.25 98.94 123.67 DW 1.5 170.10 255.14 W 1.75 281.91 493.35 LL 1.75 961.60 1682.81 S 1 max = 4817.84 KN - Nội lực trong các dây văng còn lại trong phạm vi nhịp đ-ợc xác định theo công thức: i g i SS sin sin . max với i là góc nghiêng của dây văng thứ i 2 3 2 4 2 5 26 2 7 2 9 3 0 3 2 3 4 3 7 4 0 4 5 5 0 5 7 6 6 Bảng tổng hợp nội lực trong dây Dây số i sini Smax (KN) Si (KN) 1 23 0.391 4817.84 4817.84 2 24 0.407 4817.84 4628.24 3 25 0.422 4817.84 4454.30 4 26 0.438 4817.84 4294.23 5 27 0.454 4817.84 4146.47 6 28 0.469 4817.84 4009.73 7 29 0.485 4817.84 3882.86 8 31 0.515 4817.84 3654.95 9 34 0.559 4817.84 3366.31 10 37 0.602 4817.84 3127.86 11 41 0.656 4817.84 2869.20 12 46 0.719 4817.84 2616.73 13 53 0.798 4817.84 2356.82 14 64 0.899 4817.84 2094.03 - Tiết diện dây văng đ-ợc xác định theo công thức R S A i i S i : Nội lực trong dây thứ i R: C-ờng độ tính toán của vật liệu, R = 0.45R g R g : C-ờng độ giới hạn của dây, R g = 1860 Mpa R = 0.45x1860 = 837 Mpa = 83.7 KN/cm 2 Tiết diện dây văng đ-ợc tổ hợp từ các tao cáp đ-ờng kính 15.2mm có diện tích f = 1.4 cm 2 (gồm 7 sợi 5) Số tao cáp trong từng dây văng: f A n i Bảng tổng hợp tiết diện dây văng Dây số Si (KN) Ai(cm 2 ) Số tao Chọn Diện tích thực (cm 2 ) 1 4817.84 57.56 41.11 42 58.8 2 4628.24 55.30 39.50 40 56 3 4454.30 53.22 38.01 39 54.6 4 4294.23 51.30 36.65 37 51.8 5 4146.47 49.54 35.39 36 50.4 6 4009.73 47.91 34.22 35 49 7 3882.86 46.39 33.14 34 47.6 8 3654.95 43.67 31.19 32 44.8 9 3366.31 40.22 28.73 29 40.6 10 3127.86 37.37 26.69 27 37.8 11 2869.20 34.28 24.49 25 35 12 2616.73 31.26 22.33 23 32.2 13 2356.82 28.16 20.11 21 29.4 14 2094.03 25.02 17.87 18 25.2 - Tính toán nội lực trong dây neo Riêng dây neo làm việc bất lợi nhất khi hoạt tải đứng kín nhịp giữa. khi đó nội lực trong dây neo xác định theo công thức: 00 0 ht SSS Trong đó S t o : Nội lực trong dây neo do tĩnh tải (một dây) n nt t dg S sin.2 5.0 0 với d n = 6m, n = 23 0 Tải trọng Hệ số g i (KN/m) S i max (KN) DC1 1.25 202.00 969.80 DC2 1.25 11.04 53.00 DW 1.50 18.98 91.12 S 0 t = 1113.93 KN S h o : Nội lực trong dây neo do hoạt tải 0 0 cos cos i k ji i hh SS S h i : Nội lực trong dây văng thứ i do hoạt tải neo i 6000 dn n g 1 i [...]... 4 5 6 7 8 9 10 11 12 23 24 25 26 27 28 29 31 34 37 41 46 0.921 0.914 0.906 0.899 0.891 0.883 0.8 75 0. 857 0.829 0.799 0. 755 0.6 95 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 493. 350 473.9 35 456 .124 439.732 424.602 410 .59 9 397.608 374.269 344.712 320.2 95 293.808 267. 955 Shimaxx cosi/cosn 493. 350 470. 356 449.096 429.371 411.010 393.864 377.809 348 .54 4... 2482.916 2189.274 1 852 . 650 1492.838 1219 .56 0 9 75. 637 762.102 58 0.898 412. 257 29461 .53 0 Dây số neo 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Số tao chọn 60 40 39 37 36 35 34 32 29 27 25 23 21 18 Diện tích dây (cm2) 84.00 56 .00 54 .60 51 .80 50 .40 49.00 47.60 44.80 40.60 37.80 35. 00 32.20 29.40 25. 20 Tổng Chiều dài dây(m) 94.81 88.72 77. 25 76 .59 70 .56 64 .55 58 .59 52 .68 46.84 41.1 35. 51 30. 15 25. 17 20.84 V(m3) M(kg)... 40 39 37 36 35 34 32 29 27 25 23 21 18 khối l-ợng dây phần nhịp chính Diện tích dây Chiều dài (cm2) dây(m) 58 .8 94.81 56 .0 88.72 54 .6 77. 25 51.8 76 .59 50 .4 70 .56 49.0 64 .55 47.6 58 .59 44.8 52 .68 40.6 46.84 37.8 41.10 35. 0 35. 51 32.2 30. 15 29.4 25. 17 25. 2 20.84 Tổng khối l-ợng dây phần nhịp biên V(m3) M(kg) 0 .55 7 0.497 0.422 0.397 0. 356 0.316 0.279 0.236 0.190 0. 155 0.124 0.097 0.074 0. 053 4376.240 3900.131... 0.497 0.422 0.397 0. 356 0.316 0.279 0.236 0.190 0. 155 0.124 0.097 0.074 0. 053 6 251 .771 3900.131 3311.012 3114.379 2791.636 2482.916 2189.274 1 852 . 650 1492.838 1219 .56 0 9 75. 637 762.102 58 0.898 412. 257 31337.062 Khối l-ợng dây văng 1 dàn dây: M = Mb + Mc = 29461 .53 + 31337.062 = 60798 .59 2 kg Khối l-ợng dây văng toàn cầu: Mv = 4.M = 2431 95 kg 1.1.1.4 Kết cấu bên d-ới: - Mố cầu: Trong cầu dây văng thì hầu... 277.9 35 240.944 202.280 13 14 53 64 0.602 0.439 493. 350 493. 350 241.340 214.430 157 .870 102.227 Tổng nội lực do hoạt tải gây ra tại dây neo là: Sh0 = Sh0W + Sh0LL = 46 65. 15 + 276.2 = 4941. 35 KN Vậy: t h S 0h S 0 S 0 4941. 35 1113.93 6 055 .28KN S 6 055 28 72 35 cm 2 Ai i R 83 7 n Ai 72. 35 51 .2 tao Chọn n = 60 tao f 1.4 - Tính toán sơ bộ khối l-ợng dây văng + Tính cho một dàn dây Dây số 1 2 3 4 5. .. tảI trọng nh- ph-ơng án 1 => Lấy kết quả tính toán từ ph-ơng án I, ta có: Thể tích của mố = Thể tích của thân mố + thể tích của cánh mố + thể tích bệ mố Thể tích thân mố : VT (Bề rộng 12m) Thể tích cánh mố : VC Thể tích bệ mố : VB (Bề rộng 13m) Thể tích của mố Mố Cao T-ờng cánh Thân mố Bệ móng Vmố(m3) A0 7.8 25. 838 161. 951 440 627.789 A3 7.8 25. 838 161. 951 440 627.789 Khối l-ợng cốt thép : + Hàm l-ợng... phân phối ngang (vì chiều dài trục xe quá nhỏ so với chIều dài cầu) + Ta có nội lực trong dây lớn nhất do tải trọng làn gây ra phía nhịp giữa là: Shmax = 493. 35 KN (tính ở trên nh- đối với tr-ờng hợp tính 1 dây vì tải trọng làn phân bố đều trên toàn cầu) + Tải trọng lớn nhất của xe tải có thể đạt đ-ợc: Pxe = 1.74 x (1 + 0. 25) x 3 25 = 706.88 KN Do trên cầu chỉ có tối đa 1xe tải/1làn nên kể đến tr-ờng... (hoạt tải lệch hẳn về 1 phía theo ngang cầu) Theo ph-ơng dọc cầu có khi hoạt tải lệch về 1 bên dây neo đầu cầu nên để an toàn ta coi nh- toàn bộ tải trọng xe chỉ tác dụng lên 1 dây neo( toàn cầu có 4 dây neo) Dời lực tập trung này đặt tại dây neo, ta tính đ-ợc nội lực do xe tải gây ra trong dây neo: Shmax = 706.88 x sinneo = 706.88 x sin230 = 276.2 KN Bảng tính toán nội lực trong các dây do tải trọng... đến dây thứ k (j, k là dây i : i j đầu và dây cuối ở nhịp chính tính từ tháp cầu ra giữa nhịp chính j = 1, k = 14) i: Góc nghiêng của dây văng thứ i 0: Góc nghiêng của dây neo - Trong tr-ờng hợp này hoạt tải bao gồm tải trọng làn phân bố đều W = 3.1 KN/m trên 1/2 nhịp giữa theo ph-ơng dọc cầu (91m), tải trọng xe 3 trục thiết kế (bất lợi hơn 2 trục) coi nh- lực tập trung đặt tại nhịp giữa theo ph-ơng... rộng 13m) Thể tích của mố Mố Cao T-ờng cánh Thân mố Bệ móng Vmố(m3) A0 7.8 25. 838 161. 951 440 627.789 A3 7.8 25. 838 161. 951 440 627.789 Khối l-ợng cốt thép : + Hàm l-ợng sơ bộ: 80 (kg/m3) + Khối l-ợng cốt thép :m = 2 X 80 X 627.789 = 100446.24 (kg) . 1 200 380 50 100 50 200 380 200 450 50 280 50 T? L? : 1/ 150 chi tiÕt ®Ønh th¸p 50 280 50 3 3 Tû lÖ : 1/ 350 CÊU T¹O th¸p CÇU 380 1200 57 50 250 14@ 150 = 2100 3400 250 950 250 450 2% 2% 200 1 250 200 250 14@ 150 . vợt tải n 1. 25 1. 25 1 .5 1. 75 P i (KN) 18391.28 10 05. 15 1728. 05 3 653 .49 P i xn i (KN) 22989.1 1 256 .43 75 259 2.0 75 6393.60 75 P TT =1, 05. P i xn i (KN) 34892.781 Diện tích tối thiểu của cầu là: 2 1 67.3 11900 05. 0 78.34892 sin5.0 m R P A t TT t Chọn. 493. 350 344.712 310.496 10 37 0.799 493. 350 320.2 95 277.9 35 11 41 0. 755 493. 350 293.808 240.944 12 46 0.6 95 493. 350 267. 955 202.280 13 53 0.602 493. 350 241.340 157 .870 14 64 0.439 493. 350 214.430