Tính chọn phương pháp thi công cầu bê tông cốt thép dự ứng lực

Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính & Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông - Lâm - Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình.

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

I – TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU BTCTDƯL BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÚC HẪNG CÂN BĂNG.

Phương pháp đúc hẫng là quá trình xây dựng kết cấu nhịp dầm từng đốt theo

sơ đồ hẫng cho tới khi nối liền thành các kết cấu hoàn chỉnh Có thể thi công hẫng

từ trụ đối xứng ra 2 phía hoặc hẫng dần từ bờ ra Phương pháp này có thể áp dụngthích hợp để thi công các kết cấu liên tục, cầu dầm hẫng , cầu khung hoặc cầu dâyxiên dầm cứng BTCT

Nội dung cơ bản của phương pháp đúc hẫng :

- Khi thi công theo phương pháp đúc hẫng , kết cấu nhịp BTCT được đúctrên đà giáo di động theo từng đốt nối liền nhau đối xứng qua trụ cầu Cốt thép thường của các khối được liên kết với nhau trước khi đúc bêtông để đảm bảo tính liền khối và chịu cắt tốt của kết cầu Sau khi bêtông đốt dầm đủ cường độ cần thiết thì các đốt dầm này được liên kết vớicác đốt đã đúc trước đó nhờ cốt thép DƯL

- Phần cánh hẫng của kết câu nhịp BTCT đã thi công xong phải đảm bảo

đủ khả năng nâng đỡ trọng lượng của các đốt dầm thi công sau đó cùngvới trọng lượng giàn giáo ván khuôn đúc dầm và các thiết bị phục vụ thicông

- Để đảm bảo ổn định chống lật trong suốt quá trình thi công đúc hẫng phảiđảm bảo tính đối xứng của hai cánh hẫng ( Thi công hẫng từ trụ ra ) hoặcnhờ trọng lượng bản thân của nhịp sát bờ đã đúc trên đà giáo làm đốitrọng Đối các sơ đồ cầu khung , đốt dẩm trên đỉnh trụ được liên kếtcứng với thân trụ nhờ các cáp thép DƯL chạy suốt trên chiều cao trụ ,Với các sơ đồ cầu dầm đốt này cũng được liên kết cứng tạm thời vào trụcầu nhờ các gối tạm và các cáp thép hoặc các thanh thép DƯL mà saukhi thi công xong sẽ tháo bỏ.

- Ở giai đoạn thi công hẫng , kết cấu nhịp chỉ chịu mô men âm do đó chỉcần bố trí cốt thép DƯL ở phía trên Sau khi thi công xong 1 cặp đốtdầm đối xứng thì căng kéo cốt thép DƯl từ đầu mút này sang đầu mút kia

và bơm vữa bê tông lấp kín khe hở giữa cốt thép và thành ống ngay đểbảo vệ cốt thép

- Sau khi đúc xong đốt cuối cùng của các cánh hẫng tiến hành nối ghépchúng thành kết cấu nhịp hoàn chỉnh

Việc đúc hẫng từng đốt trên đà giáo di động giảm được chi phí đà giáo Vánkhuôn được dùng lại nhiều lần cùng với 1 thao tác lặp lại sẽ giảm chi phí nhân lực

và nâng cao năng suất lao động

Phương pháp đúc hẫng thích hợp với xây dựng các dạng kết cấu nhịp cóchiều cao mặt cắt thay đổi , khi đúc các đốt dầm chỉ cần điều chỉnh cao độ đáy vánkhuôn cho hợp lý

Phương pháp thi công đúc hẫng không phụ thuộc vào không gian dưới cầu

do đó có thể thi công trong điều kiện sông sâu , thông thuyền hay xây dựng các càuvượt trong thành phố , các khu công nghiệp mà không cho phép đình trệ sản xuấthay giao thông dưới công trình

II – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN

II.1 – TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

- Quy trình thiết kế : 22TCN272 –05 Bộ Giao thông vân tải

- Chiều dài toàn cầu Lc = 511 m , khổ cầu 8+2x1,5 m

II.2.1 – Kết cấu phần trên

- Một liên dầm liên tục ở giữa , 2 bên là các nhịp dầm giản đơn L=33m

- Dầm khung liên tục BTCTDƯL 3 nhịp ( 75 + 120 + 75 ) tiết diện hình hộp ,vách nghiêng , chiều cao dầm thay đổi H= 7m trên trụ đến H=3m tại giữa nhịpvàđầu dầm , bề rộng đáy dầm hộp B=5m

- Cao độ đáy dầm thay đổi theo quy luật parabol đảm bảo phù hợp yêu cầuchịu lực và mỹ quan kiến trúc

- Mặt cắt hộp dạng thành xiên

+) Chiều dày bản nắp : t = 30 (cm)

+) Chiều dày bản đáy : Tại mặt cắt gối là 100 cm , tại mặt cắt giữa nhịp là 30cm

3- Neo: Sử dụng loại neo EC-5-31, EC-5-22 và EC 5-12

4- Cốt thép thường: Sử dụng loại cốt thép có gờ với các chỉ tiêu:

- Mặt cầu BT Asphan 7cm , dưới là lớp phòng nước 4mm

- Gối cầu , khe co giãn bằng cao su , lan can bằng thép , Thoát nước và chiếusáng theo quy định hiện hành

- Bản mặt cầu trên nhịp dẫn giản đơn bằng BTCT 15 cm , Lớp phủ mặt cầugồm 3 lớp : Lớp bê tông tạo dốc 4cm , lớp phòng nước 0,4cm , Lớp bê tôngasphan 7cm ; độ dốc ngang cầu in = 2%

II.2.2 – Kết cấu phần dưới

a) Cấu tạo trụ cầu :

- Trụ cầu dùng loại trụ thân đặc bằng BTCT đổ bê tông tại chỗ bê tông cócường độ chịu nén f’c = 30Mpa

- Trụ T1, T2, T3 , T8, T9 : được đặt trên móng cọc đóng : d = 40 cm

- Trụ T4, T7 : được đặt trên móng cọc khoan nhồi : D = 100 cm

- Trụ T5, T6: được đặt trên móng cọc khoan nhồi : D = 150 cm

- Phương án móng : Móng cọc đài thấp

b) Cấu tạo mố cầu

- Mố cầu dùng loại mố U BTCT , đổ tại chỗ mác bê tông chế tạo f’c =30Mpa

- Mố của kết cấu nhịp dẫn được đặt trên móng cọc đóng d= 40 cm

CHƯƠNG II TÍNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC

I CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CẦU CHÍNH

- Chiều dài kết cấu nhịp: đối với kết cấu nhịp liên tục chiều dài nhịp biên

Lnb= (0,6  0,8) chiều dài nhịp giữa Lng

+) Trong phương án này chọn Lng = 120m

II TÍNH ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA DẦM CHỦ

II.1 – Phân chia đốt dầm

Nguyên tắc chung phân chia đốt dầm :

- Chọn chiều dài đốt K0 trên phần đà giáo mở rộng trụ : Trong phương pháp đúc hẫng cân bằng , Chiều dài của đốt K0 thường vào khoảng 12-14 m, để có đủ diện tích mặt bằng cho việc lắp đặt 2 xe đúc đối xứng nhau trên đó mà thi công hai cánh hẫng đối xứng nhau

- Chọn chiều dài đốt hợp long nhịp chính : Có thể lấy trong khoảng 2-4 m

- Phần còn lại của chiều dài cánh hẫng có thể lấy trong khoảng từ 2,5 – 4 m , Theo dọc cầu sẽ có từng nhóm đốt, mỗi nhóm gồm các đốt có chiều dài giống nhau, Các nhóm khác nhau có chiều dài khác nhau Chiều dài của 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 xe đốt đúc hẫng Mặt khác khối lượng bê tông mỗi đốt phải phù hợp với khả năng cung cấp bê tông đến công 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 phân chia các đốt dầm như sau :

+) Đốt trên đỉnh trụ : do = 14m (khi thi công sẽ tiến hành lắp đồng thời 2 xe đúc trên trụ)

+) Đốt hợp long nhịp giữa : dhl = 2m+) Đốt hợp long nhịp biên : dhl = 2m+) Chiều dài đoạn đúc trên đà giáo : ddg = 14 m+) Số đốt ngắn trung gian : n = 4 đốt , chiều dài mỗi đốt : d = 3 m+) Số đốt trung gian còn lai : n = 10 đốt , chiều dài mỗi đốt d = 4 m

- Sơ đồ phân chia đốt dầm :

II.2 – Xác định phương trình thay đổi cao độ đáy dầm

- Giả thiết đáy dầm thay đổi theo phương trình parabol bậc 2 theo phươngtrình :

II.3 – Xác định phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm

- Tính toán tương tự ta có phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm như sau ( Với gốc toạ độ chọn tại mặt trên của đáy dầm tại vị trí giữa nhịp) :

Y = 0,00108119.x2 – 0,000097307

II.4 – Xác định cao độ mặt dầm chủ

-Mặt cầu nằm trên đường cong đứng bán kính R = 3866 m

II.5 – Xác định các kích thước cơ bản và đặc trưng hình học của mặt cắt tiết diện

Sau khi khai báo mặt cắt thay đổi trong MiDas xong , ta tính được kích thước của các mặt cắt như sau :

½ Mặt cắt dầm chủ

BI1 BI1-2

BI3 BI3-2

0.527

4 0.536

0.5441

0.5516

0.560

8 0.569HO2-

HO3 6.2 5.453 5.077 4.724 4.392 4.084 3.707 3.369

2 4 9 1 1 8

2.2548

2.257

4 2.26

2.2626

2.2652

2.2687

2.272

2BO1-

1.8952

1.9199

1.9346

1.969

3 1.994

2.0269

2.0598

1.1706

1.127

3 1.084

1.0407

0.9974

0.9397

0.8819

2.5746

2.615

3 2.656

2.6967

2.7374

2.7917

0.427

4 0.436

0.4441

0.4516

0.460

8 0.469

4.1262

3.837

5 3.566

3.3116

3.0744

2.7848

2.5256

0.5545

0.8725

0.808

3 0.748

0.6915

0.6388

0.5744

0.5168

2.973

9 2.987 3 3.013

3.0261

3.0435

2.3365

2.3991

BI3-2 1.3

1.4052

1.462

6 1.52

1.5774

1.6348

1.7113

1.7878

MC 8 MC 9

MC10

MC11

MC12

MC13

MC14

MC

15

HO2 0.576 0.582 0.587 0.592 0.595 0.598 0.599 0.6

3 6 9 3 6 1 5HO2-

HO3

3.0722

2.814

3 2.596

2.4175

2.2786

2.1794

2.119

BO1

2.2757

2.2791

2.2826

2.2861

2.289

6 2.293

2.296

5 2.30BO1-

2

2.0927

2.1256

2.1585

2.1914

2.2243

2.2572

2.290

1 2.323

BO2

0.8242

0.7664

0.708

7 0.651

0.5932

0.5355

0.477

7 0.42

BO3

2.9002

2.9544

3.008

7 3.063

3.1172

3.1715

0.4826

0.4879

0.4923

0.4956

0.4981

0.499

HI3

2.2969

2.0988

1.9311

1.7939

0.3936

0.3802

0.3694

0.3609

0.3548

0.351

2 0.35

HI5 0.466 0.422

0.3847

0.3542

0.3305

0.3136

0.303

BI1

3.0783

3.095

7 3.113

3.1304

3.1478

3.1652

2.524

3 2.587

2.6496

2.7122

2.7748

2.837

BI3-2

1.8643

1.9409

2.0174

2.0939

2.170

4 2.247

2.323

- Bảng tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt đầm chủ

hd

(cm)

B(m)

S (cm3)

Yo (cm)

J(cm4)

+) bd : Chiều rộng đáy mặt cắt hộp +) Bs : Bề rộng của sườn dầm

+) h : Chiều cao của dầm +) B : Bề rộng đỉnh mặt cắt hộp

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN NỘI LỰC TRONG CÁC GIAI ĐOẠN.

I TĨNH TẢI GIAI ĐOẠN 1 (DC ):

Tĩnh tải giai đoạn I (DC) Chính là trọng lượng của bản thân kết cấu Khi sử dụng chương trình phân tích kết cấu bằng MiDas ta khai bao ngay được loại tải trọng này

II TĨNH TẢI GIAI ĐOẠN 2 (DW) :

- Tĩnh tải giai đoạn II gồm có các bộ phận sau :

+) Trọng lượng phần chân lan can+) Trọng lượng cột lan can, tay vịn

+) Trọng lượng lớp phủ mặt cầuTổng : DWIITC = DWmc+ DWclc+ DWlc+tv

a)Tính trọng lượng lớp phủ mặt cầu :

Lớp phủ mặt cầu dày 7,4 cm bao gồm : Lớp bê tông asphan dày 7cm và lớp phòng nước dày 0,4 cm

+) Lớp bê tông Asphalt :

DWasphalt = 12x0,07x22,5 = 18,9 ( KN/m)+) Lớp phòng nước :

DWpn = 12x0,004x22,5 = 1,08 ( KN/m)-> Trọng lượng dải đều lớp phủ mặt cầu :

DWmctc= 18,9 + 1,08 = 19,98 ( KN/m)b) Tính tr ng lọng lượng của chân lan can + tay vịn + lề Người đi bộ : ượng của chân lan can + tay vịn + lề Người đi bộ : ng c a chân lan can + tay v n + l Ngủa chân lan can + tay vịn + lề Người đi bộ : ịn + lề Người đi bộ : ề Người đi bộ : ười đi bộ : đi bộ : ộ : i i b :

Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vị

+) Trọng lượng chân lan can :

DWclc = 0,5x0,3x2x24 = 7,2 ( KN/m)

Tên gọi các đại lượng Kí hiệu Giá trị Đơn vịTrọng lượng 1 cột lan can Pclc 0.027 KN

Khoảng cách bố trí cột lan can Aclc 2 m

Trọng lượng dải đều của cột lan can Pclc 0 135 KN/m

Trọng lượng dải đều phần tay vịn Ptv 0.7 KN/m

Trọng lượng dải đều lan can và tay vịn Plc+tv 0.835 KN/m

- Tính tĩnh tải giai đoạn II

+) Tính tải giai đoạn II tiêu chuẩn

DWIITC = DWmc+ DWclc+ DWlc+tv

= 19,98 + 7,2 + 0 835 = 28,015 (KN/m)

+) Tĩnh tải giai đoạn II tính toán

DWIItt = g DWIITC = 1,5 28,015 = 42,0225 ( KN/m)

III TÍNH NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU NHỊP

III.1 NỘI LỰC TÁC DỤNG LÊN DẦM CHỦ GIAI ĐOẠN THI CÔNG

1 Các sơ đồ tính :

Sơ đồ phân chia đốt đúc và các mặt cắt.

Đặc điểm của công nghệ thi công đúc hẫng là sơ đồ kết cấu thay đổi liên tụctrong quá trình thi công

Căn cứ trình tự thi công và phương pháp thi công ta chia ra làm các giai đoạnthi công sau:

1.1.Thi công đúc hẫng đối xứng ra hai bên trụ

Hình 3.1 Sơ đồ tải trọng khi thi công đúc hẫng đối xứng

- Tải trọng trong giai đoạn này bao gồm:

WC : Trọng lượng bê tông ướt

F1 , F2 : Diện tích của hai mặt của khối đúc

γwc : Trọng lượng riêng của bê tông ướt (γwc = 24,5 KN/m3)Tính quy đổi về nút WC đặt tại trọng tâm của đốt đúc quy đổi về nút thành lực cắt và mô men như hình vẽ trên

Bảng tính trọng lượng bê tông ướt :

Tên đốt Chiều dài

đốtm

γwc

KN/m

WCKN

Các tải trọng tác dụng bao gồm :

- Trọng lượng bản thân của đốt hợp long nhịp biên

- Trọng lượng ván khuôn và thiết bị để hợp long nhịp biên

- Tải trọng thi công rải đều

1.3 Hợp lọng xong nhịp biên và bê tông đã hóa cứng :

Nhịp biên có đoạn đúc trên đà giáo cố định dài 14 m Sau khi đúc hẫng cânbằng xong ta tiến hành hợp long nhịp biên Việc tính toán hợp long nhịp biên là rấtphức tạp do trình tự đổ bê tông, căng kéo cáp DƯL, điều chỉnh vị trí khối hợp longảnh hưởng rất nhiều đến trình tự và phương pháp tính toán hợp long

Sơ đồ tính toán :

Hình 3.2 Sơ đồ tải trọng khi hợp long nhịp biên

-Tải trọng:

+ Trọng lượng bản thân đoạn đổ trên đà giáo

+ Trọng lượng bản thân đốt hợp long

+ Lực ngược do rỡ tải trọng thi công

+ Lực ngược do rỡ xe đúc

1.4.Hợp long xong nhịp giữa nhưng bê tông chưa đông cứng.

-Tải trọng tác dụng:

+ Trọng lượng ván khuôn và thiết bị để hợp long nhịp biên

+ Tải trọng thi công rải đều

+ Trọng lượng bản thân đốt hợp long+ Trọng lượng bê tông ướt

1.5 Hợp long xong nhịp giữa và bê tông đã đông cứng.

+ Lực ngược do dỡ xe đúc

1.6 Giai đoạn khai thác

Sơ đồ kết cấu: Dầm liên tục 3 nhịp

Hình 3.4 : Sơ đồ kết cấu giai đoạn khai thác Tải trọng tác dụng:

+ Tải trọng bản thân ( DC)

+ Tĩnh tải giai đoạn II (DW)

+ Tải trọng gió

+ Co ngót, từ biến

+ Hoạt tải xe LL (Design truck + Tandom) + PL + Lane Load

2 Tính toán nội lực tác dụng lên kết cấu nhịp giai đoạn thi công :

2.1.Thi công đúc hẫng đối xứng từ hai bờ ra trụ

Hình 3.1 Sơ đồ tải trọng khi thi công đúc hẫng đối xứng

- Tải trọng trong giai đoạn này bao gồm:

+ Tải trọng bê tông ướt (WC)

- Tính toán nội lực tại các mặt cắt trong từng giai đoạn đúc hẫng

Dùng chương trình phân tích kết cấu MiDas sau khi phân tích giai đoạn thicông và khai bao các loại tải trọng của từng giai đoạn thi công ta có giá trị mô mentại các mặt cắt như sau :

Khi đúc đốt K0:

Mặt cắt

M(KN.m) V(KN)

20 -11533.87 4054.19Khi đúc đốt K1:

Mặt cắt

M(KN.m)

V(KN)

18 -1848.92 1240.54

20 -34751.6 6834.35Khi đúc đốt K2:

Mặt cắt

M(KN.m)

V(KN)

17 -1755.65 1178.14

18 -13484 3911.28

20 -52461.5 7974.85Khi đúc đốt K3:

Mặt cắt

M(KN.m)

Khi đúc K4

Mặt cắt

M(KN.m)

Mặt cắt

M(KN.m)

Mặt cắt M (KN.m) V(KN)

12 -2357.06 1188.96

13 -18042.9 3973.85

2.2.Hợp lọng xong nhịp biên và bê tông chưa đông cứng :

-Mô hình hoá kết cấu trên MiDas và thực hiện tính toán ta thu được kết qủasau:

Mặtcắt

M(KN.m)

F(KN)

1 -29772.34

4445.56

9 -64598.68 5782.14

10 -89820.61 6836.43

11

119372.93 7945.67

-12

153494.67 9118.18

-13 -192459.2 10362.5

14 -236575

11687.33

15

273247.81

-12737.95

16

313169.28

-13843.56

17

356510.01

-15007.17

18

403452.61

-16232.72

20

529068.89

-20350.02

22

352388.77

15218.5

-23

308477.75

13992.4

-24

268176.51

12826.3

-25

231302.54

11718.2

-26

197685.31

10664.2

157656.31

9335.71

-28

122793.16

8088.09

-29 -92787.36

6912.25

-30 -67365.48

5799.66

-31 -46288.35

4742.02

-32 -29350.28

3731.19

-33 -16378.18

2759.23

-34 -7230.85 -1818.4

35 -1798.09 -901.12

2.3 Hợp long xong nhịp biên và bê tông đã đông cứng :

-Mô hình hoá kết cấu trên MiDas và thực hiện tính toán ta thu được kết qủasau:

cắt (KN.m) (KN)

1 -23614.44

3398.14

-12

153212.16 8833.04

-13

191046.08

-10080.14

14

234042.11

-11407.75

15

269882.19

-12460.81

16

308976.95

-13568.49

17

351496.93

-14734.15

18

397624.67

-15961.73

19

521148.34

-20045.12

-373243.21 15799.5

23

327551.35

14584.6

-24

285445.47

13426.6

-25

246742.76

12326.7

-26

211272.43

11280.9

-27

168734.46

9962.13

-28

131318.45

8725.64

-29 -98715.93

7560.91

-30 -70653.68

6459.36

-31 -46892.98

5412.63

-32 -27228.69

4412.55

-33 -11488.36

3451.18

-34 468.74

2520.78

-35 8752.55

1613.86

-36 13443.2 -723.14

2.4 Hợp long xong nhịp giữa nhưng bê tông chưa đông cứng.

-Mô hình hoá kết cấu trên MiDas và thực hiện tính toán ta thu được kết qủasau:

Mặtcắt

M(KN.m)

F(KN)

-12

153212.16 8833.04

-13

191046.08

-10080.14

234042.11 5

15

269882.19

-12460.81

16

308976.95

-13568.49

17

351496.93

-14734.15

18

397624.67

-15961.73

19

521148.34

-20045.12

22

373243.21

15799.5

-23

327551.35

14584.6

-24

285445.47

13426.6

-25

246742.76

12326.7

-26

211272.43

11280.9

-27

168734.46

9962.13

-28

131318.45

8725.64

-29 -98715.93

7560.91

-30 -70653.68

6459.36

-31 -46892.98

5412.63

-32 -27228.69

4412.55

-33 -11488.36

3451.18

-34 468.74

2520.78

-35 8752.55

1613.86

-36 13443.2 -723.14

37 13911.88 226.47

2.5 Hợp long xong nhịp giữa và bê tông đã đông cứng.

-Mô hình hoá kết cấu trên MiDas và thực hiện tính toán ta thu được kết qủasau:

Mặtcắt

M(KN.m)

F(KN)

3476.62

-2 19279.96 224.42

4 18383.7 671.845

163458.99

-10009.36

14

206175.36

-11337.93

15

241808.12

-12391.81

16

280697.62

-13500.19

17

323014.39

-14666.55

18

368940.94

-15894.82

19

491929.59

-19966.64

22

372077.86

15441.6

-23 -327495.7

14215.6

-24

286523.32

13049.6