ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CẦU DẦM BTCT DUL VÀ CẦU DÂY VĂNG

Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 1 - Giới thiệu CHUNG 1. Tiêu chuẩn kỹ thuật - Tiêu chuẩn 22TCN - 272 - 05 Bộ Giao thông vận tải - Tải trọng thiết kế : HL93 , tải trọng ngFời 3 KN/m 2 2. Quy mô công trình Công trình cầu vĩnh cửu có tuổi thọ > 100 năm. 3. Cấp thông thuyền : Sông thông thuyền cấp I -Khổ tĩnh không : H=10 m - Chiều dài : B= 80m 4. Khổ cầu thiết kế Mặt cắt ngang cầu đFợc thiết kế cho 2 làn xe chạy với vận tốc V=60Km/h Khổ cầu : 2 x 3.75 + 2 x 3 (m) 5. Đặc điểm địa chất, thuỷ văn !"#$%!&'$()#*$+,'$-($()./$01!2$ - MNCN : +46.50 m - MNTT : +42.00 m - MNTN : +38.00 m 34$0!56$07.$4)8(2$ - Lớp 1a: Bùn á sét hữu cơ - Lớp 1 : Cát hạt min lẫn ít bụi hữu cơ, xốp đến chặt vừa. - Lớp 2 : Cát hạt mịn đến trung, lẫn ít sỏi nhỏ; màu xám xanh đen; bão hoà nFớc; chặt vừa đến chặt. Trong tầng đôi chỗ lẫn thấu kính sét dẻo. - Lớp 3 : Sét pha nhẹ lẫn nhiều bụi và tạp chất hữu cơ, xám đến xám đen; ẩm, kém dính. Trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng. - Lớp 4: Sét nhẹ, chứa tạp chất hữu cơ đang phân huỷ, xám vàng, xám đen; ẩm; kém dính. Trạng thái dẻo cứng đến cứng. - Lớp 5 : Cát hạt mịn, lẫn bụi mầu nâu sẫm, chặt đến rất chặt. Từ 44 m xuống đáy hố chứa sỏi và ít cuội nhỏ, kết cấu rất chặt. Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 2 - Mục lục 1.1. Khái quát 4 1.2. Ph-ơng án sơ bộ 1 Cầu dầm liên tục BTCT DƯL thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng 5 1.2.1. Tổng quan công nghệ đúc hẫng cân bằng 5 1.2.2. Bố trí chung 5 !"!#! Tính toán thiết kế sơ bộ KCN 6 1.2.4. Tính toán mố cầu 17 1.2.5. Tính toán trụ 22 1.2.6. PhFơng án thi công chỉ đạo 25 1.3. Ph-ơng án sơ bộ 2 Cầu extradosed 27 1.3.1. Tổng quan 27 1.3.2. Bố trí chung 27 !#!#! Tính toán thiết kế sơ bộ KCN 28 1.3.4. Tính toán mố cầu 35 1.3.5. Tính toán trụ tháp 40 1.3.6. PhFơng án thi công chỉ đạo 43 1.4. Ph-ơng án sơ bộ 3: Cầu dây văng 46 1.4.1. Tổng quan về cầu dây văng 46 1.4.2. Bố trí chung 46 1.4.3. Tính toán thiết kế sơ bộ KCN 47 1.4.4. Tính toán thiết kế mố cầu 51 1.4.5. Tính toán thiết kế sơ bộ trụ tháp: 55 1.4.6. PhFơng án thi công chỉ đạo 59 1.5. so sánh và Lựa chọn ph-ơng án 61 1.5.1. Nguyên tắc lựa chọn phFơng án 61 1.5.2. Fu nhFợc điểm của từng phFơng án 61 1.5.3. Lựa chọn phFơng án 62 2.1. Giới thiệu ph-ơng án kỹ thuật 64 2.1.1. Bố trí chung 64 2.1.2. Mặt cắt ngang điển hình 64 2.1.3. Nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật 64 2.2. Thiết kế kỹ thuật Kết cấu nhịp 65 2.2.1. Tính toán thiết kế bản mặt cầu 65 2.2.2. Điều chỉnh nội lực cầu dây văng 87 2.2.3. Tính toán thiết kế dầm chủ 110 2.2.4. Thiết kế dây văng 147 2.3. Thiết kế mố cầu 155 2.3.1. Cấu tạo chung 155 2.3.2. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu mố 156 2.3.3. Yêu cầu tính toán 157 Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 3 - 2.3.4. Phân tích kết cấu 157 2.3.5. Tổ hợp tải trọng tại các mặt cắt 164 2.3.6. Chọn và tính duyệt mặt cắt 166 2.3.7. Tính toán móng 174 2.4. Thiết kế tháp cầu 184 2.4.1. Các kích thFớc cơ bản: 184 2.4.2. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu làm trụ 184 2.4.3. Yêu cầu tính toán: 185 2.4.4. Phân tích kết cấu 185 2.4.5. Tổ hợp tải trọng 193 2.4.6. Chọn và Tính duyệt mặt cắt trụ tháp 205 2.4.7. Tính toán móng 218 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 4 - Phần 1. Thiết kế sơ bộ 1.1. Khái quát Mục đích của thiết kế sơ bộ là đFa ra các phFơng án về kết cấu cũng nhF giải pháp thi công trên cơ sở một mặt cắt sông đã đFợc khảo sát. Công việc này đòi hỏi ngFời kỹ sF phải tìm hiểu, phân tích và đánh giá đFợc những đặc điểm của khu vực xây dựng cầu để từ đó đề ra một số giải pháp phù hợp. Việc quyết định phFơng án kỹ thuật sẽ phải căn cứ vào thiết kế sơ bộ để lựa chọn một phFơng án tối Fu. Yêu cầu tính toán cho ph-ơng án sơ bộ 9-')$(:;'$<=>2$ - Lựa chọn mặt cắt ngang đặc trFng. - Xác định hiệu ứng tải tác dụng lên KCN theo công nghệ thi công và giai đoạn khai thác. Tổ hợp tải trọng theo TTGH CFờng độ I . - Sơ bộ bố trí cốt thép dự ứng lực hoặc số tao cáp trong các dây văng (cáp văng) .Kiểm toán sức kháng uốn của dầm tại 2 mặt cắt giữa nhịp và đỉnh trụ. 9-')$(:;'$%?($48#$@)A'$BCD!2 Tính toán một mố, một trụ - Sơ bộ lựa chọn các kích thFớc cơ bản của mố, trụ. - Xác định các hiệu ứng tải, tổ hợp tải trọng tại mặt cắt đáy bệ móng theo TTGH CFờng độ I. Sơ bộ xác định số cọc trong móng. sơ bộ lụa chọn các kích thuớc chủ yếu (Chiều dài nhịp, mặt cắt ngang đặc trung, vị trí và kích thuớc mố, trụ, cọc) P hân tích kết cấu Xác định các hiệu úng tải xác định các hệ số và tổ hợp tải trọng theo TCKt ( Điều 3.4- 22TCn 272-05) Sơ bộ bố trí cáp dul tại mặt cắt đỉnh trụ trong giai đoạn thi công sơ bộ bố trí cáp dul tại mặt cắt đỉnh trụ và giũa nhịp giai đoạn khai thác Các thông số đầu vào (TCKT, khổ cầu , khổ thông thuyền) T ính duyệt súc kháng uốn tại mặt cắt đỉnh trụ và mặt cắt giũa nhịp trong giai đoạn thi công và khai thác (Mục 5.7- 22TCn 272-05) T ính toán các hiệu ứng tải tác dụng lên KCPD tại mặt cắt đỉnh bệ móng Tổ hợp tải trọng theo các TTGH, sơ bộ xác định số cọc trong móng Hình 1: Trình tự tính toán thiết kế phFơng án sơ bộ Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 5 - 1.2. 1.2.1. Tổng quan công nghệ đúc hẫng cân bằng PhFơng pháp đúc hẫng là quá trình xây dựng kết cấu nhịp dần từng đốt theo sơ đồ hẫng cho tới khi nối liền thành kết cấu nhịp hoàn chỉnh. Có thể thi công hẫng từ trụ đối xứng ra 2 phía (gọi là đúc hẫng cân bằng) hoặc thi công hẫng dần từ bờ ra. Ưu điểm nổi bật của loại cầu này là việc đúc hẫng từng đốt dầm trên đà giáo giảm đFợc chi phí đà giáo. Mặt khác đối với các dầm có chiều cao mặt cắt thay đổi thì chỉ việc điều chỉnh cao độ ván khuôn. PhFơng pháp thi công hẫng không phụ thuộc vào điều kiện sông nFớc và và không gian dFới cầu Loại cầu này thFờng sử dụng cho các loại nhịp từ 80 - 130 m và lớn hơn nữa. ở nFớc ta, nhiều cầu BTCT DƯL thi công hẫng đã xây dựng nhF cầu Phù Đổng, cầu Non NFớc, cầu Hoà Bình, cầu Tân Đệ, cầu Yên Lệnh !!!$ $ Từ các phân tích trên, ta lựa chọn phFơng án cầu liên tục BTCT dự ứng lực thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng. 1.2.2. Bố trí chung 1 : 1 1 : 1 3@40 3@40 mntt:+42.00 mncn:+46.50 75 120 75 Hình 2: Sơ đồ bố trí chung toàn cầu !"!"! ! %&'$()*$(+,-+$ Dầm hộp liên tục 3 nhịp có chiều cao thay đổi, bằng bêtông Grade 4500. CTDƯL loại tao cáp 7 sợi xoắn có đFờng kính danh định 15,2 mm. ỉ Chiều cao dầm trên đỉnh trụ h= 6 m. ỉ Chiều cao dầm tại giữa nhịp h= 2,5 m. Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 6 - 250 3000 250 2500 1200 2020 3220 292 3738 300 6000 14500 2@3750 250 3000 250 3200 3220830 1800 600 250 Hình 3: Kích thFớc sơ bộ mặt cắt ngang đặc trFng !"!"!"! '+./$()*$01-2$6 nhịp dẫn là dầm giản đơn Super T khẩu độ 40m$ Chiều cao 1.75 m Cốt thép DƯL kéo trFớc là loại tao 7 sợi xoắn, đFờng kính tao là 12.7 mm. !"!"!#! &3*$456$478$()*$ - Trụ cầu dùng loại trụ thân hẹp , đổ tại chỗ, BT cấp A có f c = 30 Mpa - Các trụ đFợc dựng trên móng cọc khoan nhồi : D = 1,5m - PhFơng án móng : Móng cọc đài cao . !"!"!9! &3*$456$:;$()*$ - Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ, BT cấp A có f C = 30 MPa . - Mố của kết cấu nhịp dẫn đFợc đặt trên móng cọc khoan nhồi D=1 m 1.2.3. Tính toán thiết kế sơ bộ KCN !"!#! ! <=($> +$4?-+$4@A$BACA$>65-$ $DE&F$GH$4?-+$4@A$BACA$>65-$"$DEIF$ Tính tĩnh tải giai đoạn I: Tĩnh tải giai đoạn 1 chính là trọng lFợng bản thân của các đốt dầm. 6m 4@3m 6@3.5m 5@4m 2m/2 K0 K1K2 K3K4 K5 K6 K7 K8K9 K10 K11K12 K13 K14 K15 HL Hình 4: Sơ đồ phân đốt Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 7 - Tính tĩnh tải giai đoạn II Các thông số vật liệu (Bảng 3.5.1-1- 22TCN 272 -05) Trọng lFợng riêng của Bêtông: 2,5 T/m 3 = 24,5 kN/m 3 Trọng lFợng riêng của BT asphalt: 2,25 T/m 3 = 22,1 kN/m 3 Trọng lFợng riêng của thép: 7,85 T/m 3 = 77 kN/m 3 Trọng lFợng gờ chắn bánh - Chiều cao gờ chắn bánh: 0.2 m - Chiều rộng gờ chắn bánh: 0.25 m - Diện tích mặt cắt ngang gờ: 0.045 m 2 Trọng lFợng rải đều của gờ chắn bánh : g cb = 2,21 kN/m Trọng lFợng lớp phủ mặt cầu: - Lớp BT asphalt dày: 0.07 m - Lớp chống thấm dày: 0.004 m - Lớp bêtông xi măng tạo dốc dày : 0.05 m Tổng chiều dày lớp phủ : 0.124 m Trọng lFợng rải đều của lớp phủ mặt cầu: g lp = 26,5 kN/m Trọng lFợng lan can và tay vịn - Gờ chân lan can có trọng lFợng : 2,21 kN/m - Tay vịn bằng thép có trọng lFợng: 2,65 kN/m Trọng lFợng rải đều của tay vịn, lan can: g lc = 4,86 kN/m Trọng lFợng của lớp bêtông lề ngFời đi - Chiều dày lớp bêtông lề đi bộ: 0.1 m Trọng lFợng rải đều của lề ngFời đi bộ: g le = 14,72 kN/m Vậy tổng tĩnh tải phần II là g DW = 48,28 kN/m 1.2.3.2. J,-+$46=-$GH$K;$47,$(;4$4+L/$:M4$(N4$>O-+$478$BACA$>65-$4+A$(P-B 1.2.3.2.1 Các giai đoạn và tải trọng thi công Tải trọng thi công bao gồm : +) Trọng lFợng bản thân các đốt dầm +) Trọng lFợng bêtông Fớt của đốt dầm. +) Tải trọng của các thiết bị thi công, vật tF +) Trọng lFợng 1 xe đúc : P XD = 800 KN, M XD = 1600 kNm Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 8 - Các giai đoạn thi công bất lợi nhất : QR$>S$ $2$Giai đoạn đúc hẫng đối xứng đốt dầm cuối cùng trFớc khi hợp long. P M P M Hình 5 QR$>S$"2$Giai đoạn hợp long nhịp biên bên trái và bên phải HL P M $ Hình 6 QR$>S$#$: Giai đoạn hợp long đốt giữa nhịp. HL P M Hình 7 1.2.3.2.2 Kết quả nội lực của từng giai đoạn thi công: Sử dụng chFơng trình Midas/Civil 6.30 để tính toán và phân tích nội lực ta đFợc kết quả nội lực mômen âm trên đỉnh trụ ứng với từng sơ đồ nhF sau: Sơ đồ 1: Đúc hẫng đối xứng các đốt dầm: M = 417 105 (kNm) Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 9 - 417 105 KNm417 105 KNm Sơ đồ 2: Hợp long nhịp biên phải M= 479 373 kNm 479 373 KNm Hợp long nhịp biên trái M= 502 715 KNm 502 715 KNm Sơ đồ 3: Hợp long nhịp giữa M = 506 589 kNm 506 589 KNm NhF vậy, giá trị mômen uốn lớn nhất tại mặt cắt đỉnh trụ trong quá trình thi công là: M= 506 589 kNm 1.2.3.2.3 Tổ hợp tải trọng giai đoạn thi công: Theo quy định Điều 3.4.2- Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng thi công: Hệ số tải trọng dùng cho tải trọng kết cấu và các phụ kiện không đFợc lấy nhỏ hơn 1.25. Vậy ứng lực tính toán tại mặt cắt đỉnh trụ trong giai đoạn thi công là: M u = 1.25*M=1.25* 506 5896 = 633 236 (kNm) 1.2.3.2.4 Bố trí cốt thép Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp - 10 - 1.2.3.2.4.1 Xác định bề rộng bản cánh hữu hiệu (b e ) Điều 4.6.2.6.2 Các dầm hộp và dầm bêtông phần đoạn và các dầm hộp đúc tại chỗ: Có thể giả thiết bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu bằng bề rộng bản cánh thực nếu nhF: i lb 1.0 0 3db Trong đó: d 0 : Chiều cao của kết cấu nhịp, d 0 =6000 mm l i : chiều dài nhịp quy Fớc Đối với dầm liên tục, l i = 0.8l đối với nhịp cuối l i = 0.6l đối với nhịp giữa Đối với mặt cắt trên trụ, ta có l i = 0,8*75 000=60 000 (m) b: Chiều rộng thực của bản cánh tính từ bản bụng dầm ra mỗi phía, nghĩa là b 1 , b 2 , b 3 trong hình vẽ (mm) 6000 b1=3172 b2=3572 b3=2767 b1=3172 b2=3572 b3=2767 Ta có: b1= 3172 (mm); b2=3572 (mm); b3= 2767 (mm) Kiểm tra điều kiện ta thấy: b1, b2, b3 < 0,1 * 60 000 =6000 mm b1, b2, b3 < 3* d 0 = 3 * 6000 =18000 mm Vậy bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu (b e )=bề rộng thực của bản cánh chịu nén. 1.2.3.2.4.2 Quy đổi mặt cắt hộp trên đỉnh trụ về mặt cắt chữ T ta đFợc: Nguyên tắc quy đổi: - Giữ nguyên chiều cao dầm chủ. - Giữ nguyên diện tích mặt cắt dầm chủ. [...]... cây cầu Extradosed đầu tiên hiện đang được xây dựng là cầu vựơt Ngã Tư Sở Cầu Extradosed được coi là một loại kết cấu kết hợp hai loại kết cấu sử dụng trong cầu bê tông cốt thép dự ứng lực khẩu độ lớn và cầu dây văng Về mặt kết cấu, cầu có 2 bộ phận chính là dầm cứng và các cáp văng Hệ dầm cứng chịu nén uốn và xoắn, còn cáp văng làm việc chịu kéo Các cáp văng được neo vào cột tháp đặt ở trên trụ và. .. phân tích kết cấu Sơ đồ chịu lực: - 31 - Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp Các tải trọng: - Tải trọng do tĩnh tải phần 2 (DW) - Tải trọng do hoạt tải (Xe tải thiết (hoặc xe 2 trục thiết kế) + tải trọng làn) - Tải trọng người đi bộ Kết quả mômen uốn tại mặt cắt đỉnh trụ do các tải trọng gây ra như sau: Mômen uốn Loại tải trọng (kNm) Tĩnh tải phần 2 71532.2 Xe tải thiết kế 12127.6 Xe hai trục thiết kế 8230.3... liệu: BTCT cấp A có fC= 40 Mpa - Thân trụ được dựng trên móng cọc khoan nhồi : D = 1,5m 1.3.2.4 Cấu tạo mố cầu - Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ, BT cấp A có fC = 30 MPa - Mố của kết cấu nhịp dẫn được đặt trên móng cọc khoan nhồi D=1 m 1.3.3 Tính toán thiết kế sơ bộ KCN 1.3.3.1 Tính toán sơ bộ KCN trong giai đoạn thi công Tải trọng thi công bao gồm : +) Trọng lượng bản thân các đốt dầm +)... Hình 18 1.3.3.1.1 Kết quả nội lực của từng giai đoạn thi công: Sử dụng chương trình Midas/Civil 6.30 để tính toán và phân tích nội lực ta được kết quả nội lực mômen âm trên đỉnh trụ ứng với từng sơ đồ như sau: Sơ đồ 1: Đúc hẫng đốt cuối cùng K16 117 060 KNm 117 060 KNm Sơ đồ 2: Hợp long nhịp biên Hợp long nhịp biên bên phải: 156 686 KNm 140 974 KNm - 29 - Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp Hợp long nhịp... liên kết với hệ dầm cứng tại một số điểm dọc theo chiều dài cầu và chia hệ dầm cứng thành nhiều khoang nhỏ Với cấu tạo đó, hệ dầm cứng được coi như là kê trên các gối cứng ở trên mố, trụ và các gối đàn hồi ở các điểm neo cáp văng vào dầm cứng Từ các phân tích trên, ta lựa chọn phương án cầu Extradosed 1.3.2 Bố trí chung 3@33 85 140 85 3@33 1 :1 1:1 Hình 14: Bố trí chung toàn cầu 1.3.2.1 - KCN cầu chính... CĐC Lắp 2 xe đúc trên đốt K0 Lắp dựng ván khuôn, cốt thép và đổ bêtông đốt dầm Khi bêtông đạt cường độ tiến hành căng CT DƯL trong và CT DƯL ngang - Hoàn thành công tác đúc hẫng cân bằng các đốt dầm - Thi công đốt hợp long với nhịp biên - Thi công đốt hợp long giữa nhịp - Hoàn thiện cầu - 26 - Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp 1.3 1.3.1 Tổng quan Cầu Extradosed đã và đang phát triển mạnh trên thế giới... 21280 * 1838,54 * 2350 * 10 = 90562(kNm) 2 Vậy sức kháng uốn tính toán của mặt cắt là: Mr= 1*90 562 =90 562 (kNm) Kiểm tra: Mr=90 562 > Mu = 80 264,57 (kNm) : Đạt Kết luận: Số bó cáp bố trí ở mặt cắt giữa nhịp giai đoạn thi công là 8 bó (19 tao 15ly2) 1.2.3.4 Tổng hợp bố trí sơ bộ CT DƯL Lượng CT tính toán - 16 - Số bó Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp GĐTC 10 24 (bó 19tao 15.2) - Mặt cắt giữa nhịp... Trọng lượng bêtông ướt của đốt dầm +) Tải trọng của các thiết bị thi công, vật tư +) Trọng lượng 1 xe đúc : PXD = 800 KN, MXD = 1600 kNm Các giai đoạn thi công bất lợi nhất : Sơ đồ 1: Giai đoạn đúc hẫng đối xứng đốt dầm cuối cùng trước khi hợp long - 28 - Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp M P P M Hình 16 Sơ đồ 2: Giai đoạn hợp long nhịp biên bên trái và bên phải M P Hình 17 Sơ đồ 3 : Giai đoạn hợp long đốt... Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp 18000/2 250 3000 16000/2 2@3750 250 1500 250 500 250 250 3000 250 Tim cỏp 300 250 250 3000 4000 2000 2500 450 5000 1000 3000 3429 571 4000 Hình 15: Kích thước sơ bộ mặt cắt ngang đặc trưng 1.3.2.2 Nhịp cầu dẫn: 6 nhịp dẫn là dầm giản đơn I BTCT DƯL khẩu độ 33m 1.3.2.3 Cấu tạo tháp cầu - Tháp cầu có dạng cột tháp hở, gồm 2 cột thẳng đứng, được ngàm cứng vào thân trụ và dầm chủ... chịu lực: Dầm liên tục 3 nhịp Sử dụng chương trình Midas/Civil 6.03 để phân tích kết cấu - 12 - Bộ môn Cầu Hầm Đồ án tốt nghiệp Các tải trọng: - Tải trọng do tĩnh tải phần 2 (DW) - Tải trọng do hoạt tải (Xe tải thiết (hoặc xe 2 trục thiết kế) + tải trọng làn) - Tải trọng người đi bộ Đối với hoạt tải xe, hiệu ứng tính toán phải lấy giá trị lớn hơn trong 3 trường hợp: - Hiệu ứng do một xe tải + tải trọng