ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU THIẾT KẾ CẦU ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG VÀ CẦU DÀN THÉP

N T NGHIP THIT K C S mục lục Phần I: thiết kế sơ bộ A: mở đầu I. Khái quát về công trình II. Dự kiến các phơng án xây dựng cầu B: thiết kế các phơng án sơ bộ Chơng I: Phơng án sơ bộ 1 cầu đúc hẫng cân bằng liên tục 3 nhịp I. Giới thiệu chung phơng án II. Tính toán kết cấu nhịp III. Tính toán mố cầu IV. Tính toán trụ cầu V. Dự kiến phơng án thi công chơng ii: Phơng án 2 cầu dàn thép liên tục I. Giới thiệu chung phơng án II. Tính toán kết cấu nhịp III. Kết cấu nhịp dẫn IV. Tính toán trụ cầu P2 V. Tính toán mố cầu VI. Dự kiến phơng án thi công chơng iv: lựa chọn phơng án kỹ thuật phần ii: thiết kế kỹ thuật Chơng v: kích thớc cấu tạo kết cấu nhịp I. Giới thiệu chung II. Lựa chọn kích thớc kết cấu nhịp chơng vi: Tính nội lực theo các giai đoạn I. Tải trọng và tổ hợp tải trọng II. Tính toán theo các giai đoạn III. Tổ hợp nội lực trong giai đoạn khai thác IVTổng hợp nội lực trong các giai đoạn chơng vii :Tính toán và bố trí cốt thép I. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu II. Tính toán cốt thép dự ứng lực Dip Tun Lc 1 N T NGHIP THIT K C S chơng viii: Kiểm toán kết cấu nhịp I. Kiểm toán sức kháng uốn II. Kiểm tra hàm lợng cốt thép ứng suất trớc III. Tính toán mất mát ứng suất IV. Kiểm toán sức kháng cắt cho tiết diện chơng ix : Tính toán bản mặt cầu I. Cấu tạo bản mặt cầu II. Tính toán nội lực trong bản mặt cầu III. Bố trí cốt thép bản mặt cầu chơng x : Tính toán trụ cầu I. Các kích thớc cơ bản của trụ II. Các tải trọng tác dụng lên trụ III. Tổ hợp tải trọng IV. Kiểm toán các tiết diện với các tổ hợp tải trọng chơng xi : Tính toán mố cầu I. Các kích thớc cơ bản của mố II. Các tải trọng tác dụng lên mố III. Tổ hợp tải trọng IV. Kiểm toán các tiết diện với các tổ hợp tải trọng phần iii: thiết kế tổ chức thi công chơng xii : Thiết kế thi công I. Tính toán mở rộng trụ II. tính toán thanh dự ứng lực neo đỉnh trụ chơng xiiI : tổ chức thi công I. thi công mố II. thi công trụ III. thi công kết cấu nhịp Dip Tun Lc 2 N T NGHIP THIT K C S Phần I THIT K S B Giới thiệu chung I. Khỏi quỏt cụng trỡnh. A. Quy mụ-quy trỡnh thit k. Cầu đợc thiết kế vĩnh cửu dành cho đờng ôtô tiêu chuẩn đờng đồng bằng. Khổ cầu : 8 + 2ì1.5 m. Tải trọng thiết kế : HL-93 và ngời đi bộ 3ì10 -3 MPa. Sông thông thuyền cấp : II ( 60x9 m ) Tiêu chuẩn thiết kế : 22 TCN: 272 - 05. B. a cht. a chất công trình cầu: Lớp 1 : Đất đắp màu xám đen. Lớp 2 : Bùn sét màu xám đen. Lớp 3 : Sét cát trang tháI dẻo vừa Lớp 4 : Sét cát trạng tháI dẻo mềm, dẻo cứng Lớp 5 : Sét cát dẻo cứng nữa cứng Lớp 6 : Cát hạt bụi chặt Lớp 7 : Sét nữa cứng Lớp 8 : Sét cát nữa cứng cứng C. Thu vn. - Mực nớc cao nhất : -1.10 m - Mực nớc thông thuyền -3.80 m - Mực nớc thấp nhất: -9.00 m II. D kin cỏc phng ỏn xõy dng cu A. La chn dng kt cu. Do điều kiện địa chất thuỷ văn, khổ thông thuyền 60x8 m nh trên nên việc chọn phơng án thiết kế sao cho hợp lý,đáp ứng đợc những điều kiện về kinh tế kỹ thuật, về cảnh quan , môi trờng là rất khó khăn và phức tạp. Vì vậy, em đã tham khảo các công trình cầu đã và đang đợc xây dựng cũng nh tự mình tìm tòi, sáng tạo ra mô hình cầu phù hợp rồi đa ra 3 lựa chọn sơ bộ sau: - Cầu bê tông cốt thép liên tục đúc hẫng. - Cầu dàn thép. - Cầu vòm ống thép nhồi bêtông. B. VT LIU 1. Bê tông Loại bê Cờng độ f c Sử dụng Dip Tun Lc 3 N T NGHIP THIT K C S tông (MPa) B 40 Đúc dầm dẫn và các khối K C 35 Đổ tại chỗ dầm hộp, đúc sẵn cọc dẫn và bản mặt cầu DUL D 30 Thi công cọc khoan nhồi, lan can, bản mặt cầu. Đổ tại chỗ trụ , mố, tờng chắn F 20 Đổ bêtông bệ móng G 15 Đổ bê tông bịt đáy 2. Cốt thép 2.1.Cốt thép thờng Cốt thép thờng sử dụng theo Tiêu chuẩn ASTM A706M 2.2 Cốt thép dự ứng lực Cốt thép cờng độ cao lấy theo Tiêu chuẩn ASTM A416M - grade 270 Dip Tun Lc 4 N T NGHIP THIT K C S CHNG 1: CU BấTễNG CT THẫP C HNG CN BNG 1 . bố trí chung cầu Cầu đợc bố trí theo sơ đồ: (65+100+65)m. Chiều dài toàn cầu: L = 241.29 m. Cầu gồm 2 trụ P1,P2 và 2 mố A0,A3: Hai nhịp biên dầm hộp đúc trên đà giáo đoạn dài 14 m từ mố A0 và từ mố A3. Trên 2 trụ P1,P2 đúc hẫng cân bằng (49+49)m. Bán kính cong cầu R=3000 m. Độ dốc ngang cầu : 2% 2 . kết cấu phần trên Cầu đợc thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân bằng đối xứng. Dầm tiết diện hình hộp có chiều cao tại gối 6 m, tại giữa nhịp và dầm dẫn có chiều cao 2.5 m . Cao độ đáy dầm thay đổi theo quy luật parabol bậc 2 đảm bảo yêu cầu chịu lực và mỹ quan. Mặt cắt ngang cầu dạng hình hộp, thành đứng, phần cánh hẫng của hộp 2.95 m, sờn dầm có chiều dầy 45 cm, bản nắp hộp không thay đổi dầy 25cm, bản đáy hộp thay đổi từ 80 cm tại gối đến 30 cm tại giữa nhịp. Vật liệu dùng cho kết cấu: Bê tông loại B ( 40 Mpa ). Cốt thép cờng độ cao lấy theo Tiêu chuẩn ASTM A416M grade 270 Thép thờng lấy theo ASTM A706M 3 . Kết cấu phần dới 3.1.Trụ cầu Dùng loại trụ thân đặc BTCT thờng đổ tại chỗ Phơng án móng: Dùng móng cọc khoan nhồi đổ tại chỗ đờng kính cọc 1.5 m. 3.2.Mố cầu: Dùng mố chữ U bê tông cốt thép . Phơng án móng: Dùng móng cọc khoan nhồi đổ tại chỗ đờng kính cọc 1.0 m. Tính toán phơng án sơ bộ: Tính toán kết cấu nhịp trong giai đoạn khai thác. Tính duyệt tại hai mặt cắt + Mặt cắt hợp long nhịp chính . + Mặt cắt hợp long nhịp biên . Tính toán một trụ, một mố, sơ bộ tính toán cọc. Dip Tun Lc 5 N T NGHIP THIT K C S I . TNH TON KT CU NHP. 1. Chọn các kích thớc. Chiều dài kết cấu nhịp: Nhịp chính chọn chiều dài : L = 100 m. Nhịp biên chọn : L = (0.6 ữ 0.7)L = 65 m, với L là nhịp chính . Xác định kích thớc mặt cắt ngang: Dựa vào kinh nghiệm mối quan hệ chiều cao hộp, chiều dày nắp, dầy đáy với chiều dài Lmax và với khổ cầu ta sơ bộ chọn mặt cắt ngang kết cấu nhịp nh hình vẽ sau: 2. Xác định phơng trình thay đổi dầm Giả thiết đáy dầm có cao độ thay đổi là 1 parabol bậc 2 tại mặt cắt giữa nhịp. (0,0) X Y Khi chọn đờng cong đáy dầm ta bỏ qua khối trên đỉnh trụ vì đáy hộp nằm ngang. Vậy parabol sẽ cắt trục hoành tại hai điểm A(0,0) và B(110,0). Phơng trình Parabol bậc 2 có dạng: y=ax 2 + bx + c Vì phơng trình đi qua điểm (0,0) nên c = 0 Vậy phơng trình có dạng : y= ax 2 + bx Ta có 2 cặp toạ độ: A(50,3.5) và B(100,0) Thay vào ta có: ì+ì= ì+ì= 1001000 50505.3 2 2 ba ba Giải hệ phơng trình trên ta tìm đợc các hệ số : a = - 0.0014 Dip Tun Lc 6 N T NGHIP THIT K C S b = 0.14 Đờng cong Parabol biểu diễn đáy dầm nh sau: y =- 0.0014x 2 + 0.14x 3. Xác định phơng trình thay đổi cao độ bản đáy dầm Tơng tự nh xác định phơng trình thay đổi cao độ đáy dầm. Dạng của phơng trình là : y= ax 2 + bx+c Tại x=0 ,y=80 thay vào ta có c=80 Phơng trình đi qua hai điểm C(50,3.8) và D(100,0). Thay vào ta có: +ì+ì= +ì+ì= 8.01001000 8.050508.3 2 2 ba ba Giải hệ phơng trình trên ta tìm đợc các hệ số : a = -0.00136 b = 0.128 Đờng cong Parabol biểu diễn bản đáy dầm nh sau:y =-0.00136x 2 + 0.128x+0.8 3. Xác định phơng trình thay đổi cao độ bản đáy dầm Tơng tự nh xác định phơng trình thay đổi cao độ đáy dầm. Dạng của phơng trình là : y= ax 2 + bx+c Tại x=0 ,y=80 thay vào ta có c=80 Phơng trình đi qua hai điểm C(50,3.8) và D(100,0). Thay vào ta có: +ì+ì= +ì+ì= 8.01001000 8.050508.3 2 2 ba ba Giải hệ phơng trình trên ta tìm đợc các hệ số : a = -0.00136 b = 0.128 Đờng cong Parabol biểu diễn bản đáy dầm nh sau:y =-0.00136x 2 + 0.128x+0.8 4. Chia đốt đầm: Công tác chia đốt dầm tuỳ thuộc vào năng lực thi công của xe đúc. Ta chia đốt nh sau: Đốt Ko : Đốt trên đỉnh trụ dài 10m Còn lại các đốt từ chiều dài mỗi đốt là nh sau: Đốt K1, ,K5 có chiều dài 3 m. Đốt K6, ,K11 có chiều dài 3.5 m. Đốt K12, ,K13 có chiều dài 4 m. Dip Tun Lc 7 N T NGHIP THIT K C S 5. tính toán đặc trng hình học của tiết diện: C TRNG HèNH HC CA TIT DIN: Số hiệu mc Toạ độ x Cao độ đáy dầm Cao độ bản đáy Diện tích Mô men quán tính (m) y(cm) y(cm) (cm 2 ) J Y (cm 4 ) J X (cm 4 ) 0 0 0 80 145000 6.35E+09 7.87E+09 1 3.5 47.29 123.13 138170.7 5.1E+09 6.84E+09 2 6.5 85.09 157.45 132611.1 4.23E+09 6.02E+09 3 9.5 120.37 189.33 127323 3.5E+09 5.28E+09 4 12.5 153.13 218.75 122306.3 2.9E+09 4.61E+09 5 15.5 183.37 245.73 117561 2.41E+09 4.04E+09 6 18.5 211.09 270.25 113087.1 2.01E+09 3.54E+09 7 22 240.24 295.78 108210.7 1.63E+09 3.02E+09 8 25.5 265.97 317.97 103703.8 1.35E+09 2.6E+09 9 29 288.26 336.82 99566.28 1.13E+09 2.26E+09 10 32.5 307.13 352.35 95798.25 9.62E+08 2E+09 11 36 322.56 364.54 92399.68 8.43E+08 1.79E+09 12 39.5 334.57 373.41 89370.57 7.61E+08 1.65E+09 13 43.5 344.09 379.45 86361.13 7.07E+08 1.55E+09 14 47.5 350 380 82500 6.49E+08 1.1E+09 6. Các loại tải trọng tác dụng 1.1 . Tĩnh tải giai đoạn I. Để đơn giản tính toán ta giả thiết trong mỗi đoạn, chiều cao dầm thay đổi tuyến tính. Khi tính ta coi nh trọng lợng dầm trong một đốt phân bố đều và có giá trị theo tiết diện giữa đốt ( Lấy giá trị trung bình của 2 mặt cắt 2 bên ) Trọng lợng các đốt tính theo công thức: DC TC = V ì DC TT =1.25 ì DC TC - Trọng lợng riêng của bê tông , = 25 kN/m 3 Bảng tĩnh tải rải đều của từng đốt Dip Tun Lc 8 N T NGHIP THIT K C S Khối Chiều dài Diện tích Hệ số DC TC (kN) DC TT (kN) Khối (m) (cm 2 ) vợt tải 0.00 145000.00 K0 5.00 138170.70 1.25 1769.82 2212.27 k1 3.00 132611.10 1.25 1015.43 1269.29 k2 3.00 127323.00 1.25 974.75 1218.44 k3 3.00 122306.30 1.25 936.11 1170.14 k4 3.00 117561.00 1.25 899.50 1124.38 k5 3.00 113087.10 1.25 864.93 1081.16 k6 3.50 108210.70 1.25 968.18 1210.22 k7 3.50 103703.80 1.25 927.13 1158.91 k8 3.50 99566.28 1.25 889.31 1111.63 k9 3.50 95798.25 1.25 854.72 1068.40 k10 3.50 92399.68 1.25 823.37 1029.21 k11 3.50 89370.57 1.25 795.24 994.06 k12 4.00 86361.13 1.25 878.66 1098.32 k13 4.00 82500.00 1.25 844.31 1055.38 1.2. tĩnh tải gai đoạn 2 15 70 10 50 40 25 25 20 45 Trọng lợng lan can tay vịn + gờ chắn bánh DW BT = (0.25*0.25*25)*2=3.12 kN/m DW lc+tay vịn = 3.12 + 0.3 =3.42 kN/m. Lớp phủ mặt cầu : + Bê tông át phan chiều dày 5cm: 0.05 ì 23 = 1.15 kN/m 2 + Bê tông xi măng bảo hộ dày 5cm: 0.03 ì 25 = 0.75 kN/m 2 + Lớp phòng nớc dày3 cm: 0.01 ì 15 = 0.15 kN/m 2 + Lớp mui luyện dày 5 đến 15 cm: 0.0103 ì 24 =0.24 kN/m 2 Tổng cộng: DW LP = 2.29 kN/m 2 Tĩnh tải rải đều của lớp phủ mặt cầu là: LP DW = 2.29 ì10 = 22.9 kN/m Dip Tun Lc 9 N T NGHIP THIT K C S Tĩnh tải giai đoạn 2: DW TC = 3.42ì2 +22.9 = 29.74 kN/m 1.3. Tải trọng thi công : Tải trọng thi công đợc lấy là tải trọng rải đều CLL= 0.48ì12.4=5.952 (kN/m), theo Điều 5.14.2.3.2. Tải trọng xe đúc lấy chọn loại xe đúc có trọng lợng : CE = 600 (kN) đặt cách mép khối ngoài cùng 0.5m. 1.4. Hệ số tải trọng Hệ số điều chỉnh tải trọng i =1 Hệ số tải trọng i : Tuỳ thộc vào tổ hợp tải trọng ta sẽ có các hệ số i khác nhau. Hệ số xung kích: (Điều 3.6.2.1) 1+IM/100 = 1+75/100=1.75 ( áp dụng cho tính bản mặt cầu ). 1+IM/100 = 1+25/100=1.25 ( áp dụng cho các cấu kiện còn lại ). Lực xung kích không áp dụng cho tải trọng bộ hành hoặc tải trọng làn thiết kế. Hệ số làn : Khi trên cầu xếp hai làn xe thì lấy m = 1.0 1.5 Hoạt tải Hoạt tải HL-93 gồm xe tải thiết kế và tải trọng làn đợc láy theo điều 3.6.1.2.2 và 3.6.1.2.4 Tải trọng bộ hành lấy theo điều 3.6.1.4 Tuỳ thuộc vào dạng đờng ảnh hởng mà xếp tải sao cho bất lợi nhất. 2. Các tổ hợp tải trọng Trong quy trình 22TCN:272-01 có tới 11 tổ hợp tải trọng, mỗi tổ hợp xét đến các tải trọng với hệ số khác nhau theo các trạng thái giới hạn khác nhau, và yêu cầu kiểm toán cụ thể đối với từng tổ hợp tải trọng.Trong phạm vi đồ án này chỉ xét đến hai tổ hợp tải trọng sau đây: 2.1.Tổ hợp theo trạng thái giới hạn cờng độ I Tổ hợp Mô men theo trạng thái giới hạn cờng độ I (Điều 3.4.1.1) M U = ( P. .M DC + P M DW +1.75M LL+IM +1.75 M PL ) Tổ hợp Lực cắt theo trạng thái giới hạn cờng độ I (Điều 3.4.1.1) V U = ( P V DC + P V DW +1.75V LL+IM +1.75 V PL ) Trong đó : - M U : Mô men tính toán theo trạng thái giới hạn cờng độ I - V U : Lực cắt tính toán theo trạng thái giới hạn cờng độ I - P : Hệ số xác định theo theo bảng 3.4.1-2 Đối với DC : P max =1.25, P min= 0.9 Đối với DW : P max =1.5 , P min= 0.65 Dip Tun Lc 10 [...]... Số bó cốt thép phải đảm bảo có ít nhất trên mỗi mặt cắt đợc neo một bó 1 Giai đoạn thi công hẫng: Kết cấu nhịp đợc thi công hẫng đối xứng từ trụ ra Đối với đốt trên trụ (K0) đợc đổ tại chỗ trên ván khuôn Các đốt tiếp theo đợc đúc trên xe đúc chuyên dụng theo phơng pháp đúc hẫng cân bằng Sơ đồ làm việc trong giai đoạn này là công son Sơ đồ 1 Dip Tun Lc 11 N T NGHIP THIT K C S Nội dung tính toán trong... đoạn tính toán : + Giai đoạn thi công hẫng từ bốn trụ P1,P2 + Hợp long nhịp biên A1-P1 và P2-A2 + Hợp long nhịp giữa P2-P1 + Tháo xe đúc và ván khuôn + Giai đoạn khai thác Nội dung tính toán các giai đoạn: Tiến hành tính toán nội lực tại các mặt cắt dới tác dụng của tải trọng trong từng giai đoạn thi công và khai thác Để từ đó tính ra số bó cốt thép DƯL cần thiết tại mỗi mặt cắt để đảm bảo cho kết cấu... long nhịp P1-P2 đạt cờng độ tiến hành căng kéo thép DƯL thớ dới ,tháo bỏ xe đúc và tải trọng thi công: Hợp long nhịp giữa và kéo căng các bó cốt thép chịu mômen dơng, kết cấu trở thành dầm liên tục ba nhịp Tải trọng tác dụng lên sơ đồ này là + Tải trọng ngợc do xe đúc và thiết bị thi công + Lực kéo DƯL phía dới dầm Sơ đồ 4 Sử dụng chơng trình MIDAS để tính kết quả đợc ghi ở bảng sau: Mặt cắt ghi chú Lực... lợng cốt thép dự ứng lực cần thiết cho mỗi đợt thi công Số lợng cốt thép và lực căng trớc phải đảm bảo an toàn cho kết cấu trong suốt quá trình thi công Các tải trọng gồm có : Tải trọng phần I: Trọng lợng bản thân của từng đốt (P = 1.25) Tải trọng xe đúc: Xe đúc nặng 600 kN đặt cách đầu mút 0.5m(ce = 1.25) Tải trọng thi công : 5.28 kN/m rải đều trên một bên cánh hẵng ,và bằng 2.64 kN/m đối với cánh bên... hoạt tải theo quy định ở trên để tính toán khi trụ làm việc cùng kết cấu nhịp 2.1.Hoạt tải xe tải thiết kế (truck) và lan (lane) Đối với xe xe tải thiết kế và tải trọng làn ta dùng chơng trình MIDAS để tính phản lực tại mố Phản lực tiêu chuẩn tại mố Phl93=1212.2 kN 2.2.Hoạt tải xe hai trục (Tandem) và lan (lane) Đối với xe xe tải thiết kế và tải trọng làn ta dùng chơng trình MIDAS để tính phản lực tại... truyền từ kết cấu trên xuống mố qua gối đỡ Tuỳ theo từng loại gối cầu và dạng liên kết mà tỉ lệ truyền của lực ngang xuống trụ khác nhau.Do các tài liệu tra cứu không có ghi chép về tỉ lệ ảnh hởng của lực ngang xuống mố nên khi tính toán, lấy tỉ lệ truyền bằng 50% Lực hãm đợc lấy bằng 25% trọng lợng của các trục xe tải hay xe hai trục thiết kế cho mỗi làn đợc đặt trong tất cả các làn thiết kế đợc chất... cầu, đổ lan can lớp phủ và lắp đặt các thiết bị khác trên cầu Khi đó kết cấu làm việc theo sơ đồ dầm liên tục Khi kết cấu làm việc theo sơ đồ dầm liên tục ba nhịp, chịu tải trọng do đoàn xe HL-93 và ngời đi bộ, nội lực xác định theo đờng ảnh hởng Tải trọng : Tĩnh tải giai đoạn II Tiêu chuẩn : Lớp phủ DW=22.9kN/m Lan can LC=6.84 kN/m Hoạt tải : HL93 + PL (tải trọng ngời) HL93K-Tandem (xe hai trục thiết. .. trình MIDAS để tính và vẽ đờng ảnh hởng phản lực gối Từ đó chất tải lên đờng ảnh hởng ta sẽ có kết quả tính nh sau: Dip Tun Lc 31 N T NGHIP THIT K C S 1.1 Tĩnh tải nhịp phần 1(DC1) Theo phơng pháp thi công tải trọng của bản thân dầm sẽ tác dụng vào mố theo phơng pháp thi công Tuy nhiên trong đồ án tốt nghiệp và thiên về an toàn ta coi toàn bộ tĩnh tải dầm tác dụng lên mố và trụ theo sơ đồ dầm 3 nhịp liên... trình và coi nh đi cùng một chiều Các lực này đợc coi nh tác dụng theo chiều nằm ngang cách phía trên mặt đờng 1800mm theo cả hai chiều dọc để gây ra hiệu ứng lực lớn nhất Tất cả các làn thiết kế phải đợc chất tải đồng thời đối với cầu và coi nh đi cùng một chiều trong tơng lai Phải áp dụng hệ số làn quy định trong điều 3.6.1.1.2 Trong đồ án, xe xếp tải đỉnh mố là xe HL-93 trục 2x145+35 KN, và xếp... EH.e Trong đó : : Trọng lợng riêng đất đắp, = 17.7 kN/m3 H : Chiều cao tờng chắn, m B : Chiều rộng tờng chắn, m Với mặt cắt tờng cánh nguyên lý tính toán là bản ngàm vào hai cạnh: ngàm vào tờng mố và bệ mố, nhng trong tính toán để đơn giản ta giả thiết là tờng cánh chỉ ngàm vào bệ móng Tổng áp lực tĩnh của đất tại các mặt căt đối với các mặt cắt Dip Tun Lc 35 N T NGHIP THIT K C S Mặt cắt HX B e EH MX