đồ án tốt nghiệp cầu đường thiết kế dầm liên tục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1. SỐ LIỆU ĐẦU VÀO THIẾT KẾ KỸ THUẬT 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG Tính toán cầu chính với sơ đồ nhịp như sau: 52+85+85+52 m Mặt cắt dầm hộp rộng 11.7 m. - Kết cấu phần trên: Cầu chính Hà Nha là cầu BTCT DƯL thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng. Mặt cắt ngang dầm hộp hai vách xiên, có chiều cao thay đổi theo đường cong parabolic từ 5.0m tại vị trí trụ chính đến 2.5m tại giữa nhịp và đầu dầm. - Kết cấu phần dưới: Mố cầu dạng chữ U bằng BTCT đổ tại chỗ trên nền móng cọc khoan nhồi D1.0m. Trụ cầu dạng thân đặc bằng BTCT trên nền móng cọc khoan nhồi. Đường kích cọc D1.5m cho các trụ của cầu chính và D1.0m cho các trụ của cầu dẫn. Trụ P2 là trụ ngàm, các trụ P1, P3 bố trí gối di động. 1.2. TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ [1]. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05; [2]. Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, TCVN 2737 : 1995; [3]. Thiết kế công trình chịu động đất, TCVN 375 : 2006; [4]. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, Third Edition 2004; [5]. AASHTO LRFD Construction Specifications, 2002 Interim Edition; [6]. CEB - FIP, 1990. 1.3. ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 1.3.1. Bê tông Bê tông theo tiêu chuẩn AASHTO T22 “Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens” và AASHTO T23 “Marking and Curing Concrete Test Specimens in the Field”. Dầm hộp Ký hiệu Đơn vị Giá trị - Cường độ nén quy định của bê tông (28 ngày) f’ c Mpa 40 - Cường độ nén quy định của bê tông khi căng kéo f’ ci Mpa 32 - Mô đun đàn hồi của bê tông E c =0.043γ c 1.5 √f' c Mpa 31975 - Mô đun đàn hồi của bê tông tại thời điểm căng kéo E ci =0.043γ c 1.5 √f' ci Mpa 28600 - Hệ số giãn nở nhiệt 1/°C 1.08x10 -5 - Ứng suất giới hạn tạ thời trước khi xảy ra các mất mát: + Giới hạn ứng suất nén 0.60f' ci Mpa 19.20 + Giới hạn ứng suất kéo 0.58√f' ci Mpa -3.28 - Ứng suất giới hạn ở trạng thái sử dụng (sau khi xảy ra các mất mát): + Giới hạn ứng suất nén 0.45f' c 0.60 f' c Mpa Mpa 18.00 24.00 + Giới hạn ứng suất kéo 0.25√f' c Mpa -1.58 1.3.1.1. Mố, trụ và cọc khoan nhồi: - Cường độ nén quy định của bê tông (28 ngày): f' c = 30 MPa - Mô đun đàn hồi của bê tông: E c = 0.043γ c 1.5 √f' c = 27691 MPa - Hệ số giãn nở nhiệt: 1.08x10 -5 /°C 1.3.2. Thép dự ứng lực Cáp dự ứng lực sử dụng loại có độ chùng thấp theo tiêu chuẩn ASTM A416-90a “Uncoated Seven Wires Stress Relieved Strand for Pre- stressed Concrete”. Thanh dự ứng lực theo tiêu chuẩn ASTM A722 “Uncoated High – Strength Steel Bar for Pre-stressing Concrete”. Thông số kỹ thuật 12 tao 15.2mm Cấp Grade 270 Áp dụng Cáp dự ứng lực dọc cầu chính Diện tích một tao 140 mm 2 Diện tích một bó 1680 mm 2 Giới hạn bền, f pu 1860Mpa Giới hạn chảy, f py 1670Mpa Mô đun đàn hồi 195000Mpa Chùng ứng suất 2.5% (độ chùng thấp) Lực kích trước khi đóng neo 2656.08 KN Hệ số ma sát góc 0.25/rad Hệ số ma sát 0.001/m Độ tụt neo 6mm 1.3.3. Cốt thép thường Cốt thép thường theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2008 “Thép cốt bê tông” hoặc tương đương. Loại thép Mác thép Giới hạn chảy (Mpa) Giới hạn bền (Mpa) Đường kính (mm) Thép có gờ CB400-V 400 570 ≥ 12 Thép tròn trơn CB240-T 240 380 < 12 1.4. TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG 1.4.1. Tải trọng 1.4.1.1. Tĩnh tải bản thân (DC) Trọng lượng riêng của bê tông cốt thép lấy trung bình là: 24 kN/m 3 . Trọng lượng bản thân của kết cấu phần trên cũng như kết cấu phần dưới được tính toán tự động bởi chương trình Midas/Civil 2011. Trọng lượng bản thân của các phần không được mô hình hóa sẽ được xử lý như các ngoại lực tác dụng lên nút hoặc phần tử. Trọng lượng bản thân của ụ neo cáp được đưa thêm vào trọng lượng bản thân của khối dầm đổ trên đà giáo. 1.4.1.2. Tĩnh tải lớp phủ và các tiện ích (DW) Tĩnh tải lớp phủ mặt cầu - Trọng lượng riêng của bê tông asphalt: 22.5 kN/m 3 - 7cm bê tông asphalt mặt cầu: 0.07x11x22.5 = 17.325 KN/m Tĩnh tải gờ lan can, tay vị - Gờ lan can, tay vịn: 6.5kN/m Tĩnh tải cột đèn chiếu sáng - Tĩnh tải cột đèn chiếu sáng được ước tính là: 0.2 KN/m Tĩnh tải thoát nước và các chi tiết khác - Tĩnh tải hệ thống thoát nước và các chi tiết khác được ước tính là: 0.5kN/m Tổng cộng - Tĩnh tải lớp phủ và các tiện ích đưa và tính toán kết cấu là: DW ≈ 24.525 KN/m 1.4.1.3. Dự ứng lực Toàn bộ dầm được mô hình thành một dầm theo phương dọc cầu. Do đó chỉ có các cáp dự ứng lực dọc được mô hình để tính toán trong tải trọng do dự ứng lực gây ra. 1.4.1.4. Hoạt tải (LL) Theo điều 3.6 trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05, Hoạt tải ôtô được đặt tên là HL-93 sẽ bao gồm một tổ hợp: - Xe tải thiết kế hoặc xe hai trục thiết kế, và - Tải trọng làn thiết kế. V 1 = 4.3m m V 2 = 4.3m - 9.0m Xe tải thiết kế 35kN m 145kN m 145kN m Tải trọng làn thiết kế 9.3 kN/m Xe hai trục thiết kế 1.200m 110kN m 110kN m Số làn chất tải Hệ số làn "m" 1 1.20 2 1.00 3 0.85 ≥ 4 0.65 Ứng lực lớn nhất phải được lấy theo các giá trị lớn hơn của các trường hợp sau: - Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế, hoặc - Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly bánh thay đổi tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế. - Đối với mômen âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 15m tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế. khoảng cách giữa các trục 145KN của mỗi xe phải lấy bằng 4.3m. 1.4.1.5. Lực xung kích (IM) IM = 25% tác động tính của xe tải hoặc xe hai trục thiết kế. 1.4.1.6. Lực hãm xe (BR) Theo mục 3.6.4 trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05, Lực hãm được lấy bằng 25% của trọng lượng các trục xe tải hay xe hai trục thiết kế cho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chất tải và coi như đi cùng một chiều. Các lực này được coi là lực tác dụng theo chiều nằm ngang cách phía trên mặt đường 1800mm theo cả hai chiều dọc để gây ra ứng lực lớn nhất. Tất cả các làn phải được thiết kế đồng thời với cầu và coi như đi cùng một chiều trong tương lai. Với mỗi làn xe, lực hãm xe là: - Khi tính với xe tải: BR = 0.25*(35 + 145 + 145) = 81.25kN - Khi tính với xe hai trục: BR = 0.25*(110 + 110) = 55kN 1.4.1.7. Tải trọng gió (WS & WL) • Vận tốc gió thiết kế Tốc độ gió thiết kế V, phải được xác định theo công thức: V = S.V B Trong đó: V B : Tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu, như quy định trong Bảng 3.8.1.1-1 của Tiêu chuẩn 22TCN272-05. Vùng tính gió theo TCVN 2737-1995 V B (m/s) IV 59 III 53 II 45 I 38 Về mùa đông, gió thường thổi tập trung theo hai hướng: Đông Bắc và Bắc. Mùa hạ gió thường thổi theo hướng Đông Nam hoặc hướng Nam. Tốc độ gió mạnh nhất xảy ra vào mùa hạ, khi có dông và bão có thể đạt tới 35 - 40m/s. Mùa đông, khi có gió mùa tràn về gió giật cũng có thể đạt tới 30m/s. S: Hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và cao độ mặt cầu, theo quy định trong Bảng 3.8.1.1-2 của Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Độ cao của mặt cầu trên mặt đất khu vực xung quanh hay trên mặt nước (m) Khu vực lộ thiên hay mặt nước thoáng Khu vực có rừng hay có nhà cửa cây cối, nhà cao tối đa khoảng 10m Khu vực có nhà cửa với đa số nhà cao trên 10m 10 1.09 1.00 0.81 20 1.14 1.06 0.89 30 1.17 1.10 0.94 40 1.20 1.13 0.98 50 1.21 1.16 1.01 ⇒ V = 1.09*38 = 41.42 m/s • Tải trọng gió tác động lên công trình (WS) - Tải trọng gió ngang tác động lên công trình Tải trọng gió ngang tác động lên kết cấu phải được tính toán như sau: P = 0.0006V 2 C d A t ≥ 1.8A t (kN) Trong đó: A t : Diện tích chắn gió của kết cấu C d : Hệ số cản được quy định trong Hình 3.8.1.2.1-1 của Tiêu chuẩn 22TCN272-05 Đối với kết cấu nhịp: Ký hiệu Đơn vị Giá trị Chiều cao kết cấu phần trên tại khối đỉnh trụ H at_pier m 5.0 Chiều cao kết cấu phần trên tại giữa nhịp H at_mid m 2.5 Chiều cao phần gờ lan can đặc H par m 0.6 Chiều cao KCPT bao gồm cả lan can đặc d = H ave m 4.35 Chiều rộng toàn bộ cầu giữa các bề mặt lan can b m 11.0 Tỷ số b/d m 2.53 Hệ số cản C d0 1.5 Chiều dài nhịp dầm chính L m 85 Hệ số cản dùng để tính toán C d m 1.54 Diện tích chắn gió trung bình (tính cho 1 mét dài) A t m 2 4.35 Cường độ gió ngang vào kết cấu phần trên P TS KN/m 7.83 Tải trọng gió tác động lên xe cộ (WL) Khi xét tổ hợp tải trọng cường độ III, phải xét tải trọng gió trên tất cả kết cấu và xe cộ. áp lực gió tác dụng lên xe cộ sẽ là bằng tải trọng phân bố 1.5KN/m tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1.8m so với mặt đường và truyền vào kết cấu. Phải biểu thị tải trọng gió dọc bằng tải trọng phân bố 0.75KN/m tác dụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở độ cao 1.8m so với mặt đường. Phải truyền tải trọng cho kết cấu ở mỗi trường hợp. 1.4.1.8. Tải trọng do nhiệt độ (TU & TG) Nhiệt độ thay đổi đều (TU) - Nhiệt độ lớn nhất: +45 0 C - Nhiệt độ nhỏ nhất: +5 0 C - Nhiệt độ trung bình: +25 0 C - Nhiệt độ dự kiến khi hợp long cầu: +25 0 C - Nhiệt độ thay đổi đều : +20 0 C -20 0 C Chênh lệch nhiệt độ (TG) Gradiend nhiệt dương và âm lấy theo điều 3.12.3 trong Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05. Thông số Gradient nhiệt dương (PLUS) Gradient nhiệt âm (MINUS) T 1 23 0 C -7 0 C T 2 6 0 C -1 0 C T 3 3 0C -0 0 C Tác động của các gradient nhiệt khác nhau trong kết cấu phần trên sẽ được tự động tính toán bởi chương trình Midas/Civil 2011. 1.4.1.9. Co ngót và từ biến (CR & SH) Ảnh hưởng của co ngót và từ biến được tính toán theo chương 2.1.6 và chương 2.1.8 của quy trình CEB-FIP 1990. Chương trình Midas Civil sẽ tự động tính toán ảnh hưởng của từ biến co ngót dựa trên trình tự và thời gian thi công kết cấu nhịp dự kiến. Độ ẩm môi trường H = 85%. 1.4.1.10. Tải trọng do lún trụ (SE) Tải trọng do lún không đều của trụ gây ra đối với nhịp liên tục dự kiến là 20mm. Kết cấu cầu chính ở trạng thái có nội lực lớn nhất khi chỉ có một trụ bị lún. 1.4.1.11. Tải trọng va tàu (CV) Tải trọng va tàu tác dụng lên trụ P9, P10 được nghiên cứu theo Điều 3.14 (22TCN-272- 05). Cấp đường sông của sông tại vị trí dự kiến xây dựng cầu là cấp IV. Tàu thiết kế cho cấp đường sông IV có tải trọng thiết kế là 200 DWT . Vận tốc va tàu thiết kế : Tàu tự hành: V = 2.5 + V s = 2.5 + 1.72 = 4.22m/s Trong đó: V s : vận tốc bình quân năm = 1.72m/s Lực va của tàu tự hành vào trụ: P s = 1.2x10 5 V DWT = 7162 KN Trên cơ sở so sánh lực va của tàu tự hành và xà lan kéo, chọn lực va tàu tác dụng lên trụ (P2, P3) như sau : - 100% lực va thiết kế trong phương song song với đường tim luồng vận tải (phương vuông góc với tim cầu). P T = 100%P S = 7162 KN tại mực nước H5% = 14 m. - 50% lực va theo phương vuông góc với đường tim luồng vận tải (phương song song với tim cầu). P L = 50%P S = 3581 KN tại mực nước H5% = 14 m. 1.4.1.12. Tải trọng thi công giả định Thiết bị thi công (CE) Các tải trọng sau được sử dụng để tính toán quá trình thi công cầu dẫn . Trong trường hợp nhà thầu sử dụng thiết bị thi công có tải trọng bản [...]... tác động lên kết cấu CHƯƠNG 2 2.1 THIẾT KẾ DẦM LIÊN TỤC THEO PHƯƠNG DỌC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH KẾT CẤU Chương trình phân tích và thiết kế kết cấu MIDAS/Civil là một phần của bộ sản phẩm MIDAS được xây dựng từ năm 1989, do MIDAS IT Co.,Ltd phát triển Phiên bản dùng để phân tích cầu đúc hẫng phục vụ cho đồ án là MIDAS/Cvil 2011 MIDAS/Cvil là một chương trình chuyên dụng phục vụ tính toán thiết kế cầu Chương... với thiết bị thi công giả định thì phải tính toán lại kết cấu Các thiết bị thi công : Kích, bơm, …: 20KN Công nhân (10 người): 10KN Tải trọng khác: 20KN 50KN Tải trọng thi công chính: Ván khuôn và xe đúc: Xe đúc: 450KN Ván khuôn: 200KN 700KN Các thiết bị này để thi công cánh hẫng trên các trụ P1, P2 và P3 Các thiết bị thi công khác: Các thiết bị thi công khác (như cần cẩu ) hoặc vật liệu để trên mặt cầu. .. 1.4.2 Tổ hợp tải trọng 1.4.2.1 Tổ hợp tải trọng giai đoạn thi công Tổ hợp tải trọng thi công cầu được lấy theo mục 5.14.2 của Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05 (Bảng 5.14.2.3.3-1) 1.4.2.2 Tổ hợp tải trọng giai đoạn khai thác Các tổ hợp tải trọng giai đoạn khai thác của cầu lấy theo mục 3.4 của Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05 (Bảng 3.4.1-1 và bảng 3.4.1-2) Trong đó : - DC : Tĩnh tải bản thân - DW:... - Biểu đồ ứng suất thớ dưới giai đoạn đúc K2 - Biểu đồ ứng suất thớ thớ trên giai đoạn đúc đốt K10 - - Biểu đồ ứng suất thớ dưới giai đoạn đúc đốt K10 - Biểu đồ ứng suất thớ trên giai đoạn hợp long nhịp biên - Biểu đồ ứng suất thớ dưới giai đoạn hợp long nhịp biên - Biểu đồ ứng suất thớ trên giai đoạn hợp long nhịp giữa - Biểu đồ ứng suất thớ dưới giai đoạn hợp long nhịp giữa - - 2.5.3 Biểu đồ ứng... tiết diện kiểm toán (tương ứng với mômen trong giai đoạn 1) +Mtt1: Mômen do tĩnh tải 1 sau khi đúc xong toàn bộ cầu (M do thi công tổng cộng) +Mtt2: mômen do tĩnh tải 2 +MLL+IM: mômen do hoạt tải xe (có xét đến hệ số xung kích) 2.5.2 Kiểm toán ứng suất dầm trong giai đoạn thi công - Biểu đồ ứng suất thớ trên giai đoạn đúc đốt K0 - Biểu đồ ứng suất thớ dưới giai đoạn đúc đốt K0 - Biểu đồ ứng suất thớ... các thiết bị dự ứng lực ) không được liệt kê ở trên phải được đặt tại các điểm gần đỉnh trụ khi đo đạc các độ vồng trước và đường khống chế cao độ thi công Các tải trọng này không được sử dụng trong quá trình tính toán kết cấu cầu Điểm đặt lực và giá trị tải trọng thi công Vị trí tải trọng thi công trong mô hình tính toán được thể hiện trong hình dưới đây: 1.4.1.13 Lực nâng của gió trên một cánh hẫng... có thế phân tích được các giai đoạn thi công phân đoạn như : Cầu dây văng, cầu bê tông dự ứng lực 2.2 CÁC YẾU TỐ HÌNH HỌC 2.2.1 Hình chiếu đứng, hình chiếu bằng Tỷ lệ và kích thước sơ bộ đã chọn ở phần lập dự án khả thi, ở đây sẽ trình bày chi tiết các kích thước, và các yếu tố hình học Sơ đồ kết hình hóa cấu được mô và phần tích là: - Sơ đồ nhịp: 52+85+85+52 m - 3 trụ chính với chiều cao là 12.5m,... đốt dầm được đổ bê tông đối xứng từ trụ sang hai bên Phụ thuộc vào khả năng của xe đúc mỗi đốt đúc có chiều dài từ 3-3.5m (5x3.5+6x3) Đốt đúc K0 và đoạn đà giáo, các đốt dầm đã đúc trước sẽ làm gối tựa cho đà giáo và ván khuôn để đúc đốt tiếp theo Các bước chính trong quá trình thi công cầu bê tông đúc hẫng bao gồm: - Bước 1: Xây dựng kết cấu phần dưới và mố trụ - Bước 2: Đúc bê tông khối K0 Vì là kết... Quá trình kiểm toán cần kiểm toán ở 3 giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Quá trình đúc hẫng cân bằng, trong giai đoạn này các mất mát là tức thời gồm mất mát do ma sát, do thiết bị neo và do co ngắn đàn hồi Do việc thi công các đốt đúc và căng cáp được tiến hành theo nhiều bước, khi thi công xong 1 đốt dầm sẽ căng cáp rồi phun vữa lấp lỗ cáp Tương ứng với mỗi giai đoạn đó ta lại phải kiểm toán lại các tiết... Lực nâng của gió trên một cánh hẫng: 2.4x10 -4Mpa của diện tích mặt sàn đối với phương pháp thi công hẫng cân bằng p = 2.4x10 -4x11.7x103 = 2.808 kN/m 1.4.1.14 Tải trọng chênh lệch (DIFF) Tải trọng chênh lệc lấy bằng 2% tĩnh tải bản thân của dầm tác dụng lên một cánh hẫng 1.4.1.15 Hoạt tải thi công phân bố (CLL) Bao gồm các phụ kiện thi công, máy móc và thiết bị khác, ngoài thiết bị lắp dựng chuyên dùng . DỰNG KHOA CẦU ĐƯỜNG MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1. SỐ LIỆU ĐẦU VÀO THIẾT KẾ KỸ THUẬT 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG Tính toán cầu chính với sơ đồ nhịp như sau: 52+85+85+52 m Mặt cắt dầm hộp rộng. WS : Tải trọng gió tác động lên kết cấu CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ DẦM LIÊN TỤC THEO PHƯƠNG DỌC 2.1. PHẦN MỀM PHÂN TÍCH KẾT CẤU Chương trình phân tích và thiết kế kết cấu MIDAS/Civil là một phần. của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế, hoặc - Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly bánh thay đổi tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế. - Đối với mômen