đồ án tốt nghiệp xây dựng cầu đường thiết kế mố cầu

II.3 - HOẠT TẢI XẾP THEO PHƯƠNG NGANG CẦUXếp tải trên mặt cắt ngang cầu II.3.1 - Một làn xếp trên tải + tải bộ hành xếp 1 bên TH1 + Khi một làn xe xếp trên nhịp cầu và lệch tâm trên mặt

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MỐ CẦU

I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ

I.1 - SỐ LIỆU THIẾT KẾ

- Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN 272-05 : “Tiêu chuẩn thiết kế cầu”

- Chiều dài nhịp dầm tính toán : 35 m

- Chiều dài toàn dầm: 35,6 m

- Loại hình tiết diện dầm chính : dầm Super T dự ứng lực căng trước

- Khoảng cách hai dầm chủ liền nhau: 2,105 m

I.2 - BỐ TRÍ CHUNG MỐ CẦU

I.3 - VẬT LIỆU THIẾT KẾ MỐ CẦU

- Cốt thép chủ: thép AIII có f y 365MPa và E200000MPa.

- Thép đai: Thép AII f y 280MPa và E200000MPa

II - TÍNH TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC

II.1 - TĨNH TẢI

+ Từ phần thiết kế kết cấu nhịp ta có tĩnh tải là:

+ Trọng lượng bản thân dầm chủ: DC1 13,9 /N mm

+ Trọng lượng bản mặt cầu phân bố vào một dầm chủ: DC2 10,5 /N mm

+ Trọng lượng lớp phủ và mui luyện phân bố vào một dầm chủ: DW 4,8 /N mm

+ Trọng lượng lan can và bản mặt cầu tác dụng lên dầm ngoài:

II.1.1 - Nội lực do tĩnh tải không hệ số để thiết kế thân mố

+ Xét mặt cắt tại chân thân mố (tiếp giáp với mặt trên đài cọc)

+ Tĩnh tải tổng cộng gây ra lực nén xét tại chân mố (vị trí đỉnh đài cọc) là:

 

1,5 2,3,4 w

II.2 - HOẠT TẢI XẾP THEO PHƯƠNG DỌC CẦU

+ Ta tính toán và chọn hiệu ứng lớn nhất của hoạt tải trong hai trường hợp sau đây để để thiết kế:

+ Lực hãm xe đặt dọc cầu trên mặt đường xe chạy 1,8 m và trên mặt gối cầu

1,8 + 1,1 = 2,9 m và cách chân thân mố H = 2,9 + 2,65 = 5,55 m gây ra lực theo phương dọc cầu và uốn thân mố dọc cầu có giá trị là:

ra mômen uốn thân mố theo phương dọc cầu

II.2.2 - Hai làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TH2)

+ Từ trường hợp xếp tải 1 làn xe +tải bộ hành xếp 1 ta suy ra trong trường hợp xếp tải này thì:

+ Lực hãm xe đặt dọc cầu trên mặt đường xe chạy 1,8 m và trên mặt gối cầu

1,8 + 1,1 = 2,9 m và cách chân thân mố H = 2,9 + 2,65 = 5,55 m gây ra lực theo phương dọc cầu và uốn thân mố dọc cầu có giá trị là:

+ Lực hãm xe đặt dọc cầu trên mặt đường xe chạy 1,8 m và trên mặt gối cầu

1,8 + 1,1 = 2,9 m và cách chân thân mố H = 2,9 + 2,65 = 5,55 m gây ra lực theo phương dọc cầu và uốn thân mố dọc cầu có giá trị là:

II.3 - HOẠT TẢI XẾP THEO PHƯƠNG NGANG CẦU

Xếp tải trên mặt cắt ngang cầu

II.3.1 - Một làn xếp trên tải + tải bộ hành xếp 1 bên (TH1)

+ Khi một làn xe xếp trên nhịp cầu và lệch tâm trên mặt cắt ngang cùng tải bộ hành xếp 1 bêntrên nhịp thì ta có phản lực tại các gối do hoạt tải sinh ra là:

(Với l mm i  là khoảng cách từ tim gối thứ i cầu đến tim mố)

II.3.2 - Hai làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TH2)



 3



 4



 5

(Với l mm i  là khoảng cách từ tim gối thứ i cầu đến tim trụ)

II.3.3 - Hai làn xếp tải kéo dài sau lưng mố + tải bộ hành xếp hai bên (TH3)

+ Phản lực tại các gối do tải bộ hành và tải làn giống ở TH2, tải trọng tại các gối do tải xe như sau:

 1

+ Mômen uốn theo phương ngang cầu do hoạt tải làn và bộ hành sinh ra tại mặt cắt tính thân

mố giống với TH2, còn do tải trọng xe gây ra vị trí tim chân thân mố nằm trên đài cọc là:

(Với l mm i  là khoảng cách từ tim gối thứ i cầu đến tim trụ)

II.4 - TẢI TRỌNG GIÓ

II.4.1 - Tốc độ gió thiết kế

II.4.2 - Gió ngang tác dụng lên xe (WL)

+ Ở cả hai TTGHCĐ I và III, tải trọng gió ngang tác dụng lên xe lấy lực phân bố có giá trị là 1,5 kN/m và chiều dài tải trọng gió lấy bằng 1/2 chiều dài nhịp cầu

+ Vậy tải trọng gió ngang tác dụng lên xe có độ lớn:

II.4.3 - Gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp (WS)

+ Bỏ qua chiều lan can hở ta có chiều cao kết cấu nhịp hứng gió là:

d = 1,6 + 0,85 = 2,45 (m)

+ Bề rộng hứng gió trên 1/2 nhịp là: 35,6 17,8 

2

+ Diện tích mặt kết cấu nhịp hứng gió tác dụng lên trụ là :

+ Tải trọng gió tác dụng lên xe gây ra mômen tại mặt cắt tính thân mố (vị trí chân thân mố trên đỉnh đài cọc):

II.5 - ÁP LỰC ĐẤT SAU LƯNG MỐ (EH)

+ Xem hình tổ hợp hoạt tải ở TH3

+ Theo điều 3.11.5.1 và 3.11.5.3 của 22TCN 272-05, ta có hợp lực của áp lực đất cơ bản sau

mố đặt tại 0,4 chiều cao tường mố tính đến đáy đài cọc, áp lực đất tuyến tính và có giá trị lớn nhất tại đáy bệ là:

+ Độ lớn của hợp lực đất tổng cộng sau lưng mố là:

II.6 - HOẠT TẢI CHẤT THÊM SAU LƯNG MỐ (LS)

+ Xem hình tổ hợp hoạt tải ở TH3

0,00210020

H = 5250 mm là chiều cao mố kể tới đáy đài

Hb = 1500 là chiều cao đài cọc

* Hoạt tải xe:

+ Theo điều 3.11.6.2 của 22TCN 272-05, ta có hợp lực của áp lực đất do hoạt tải xe đều sau

mố đặt tại 0,5 chiều cao tường mố tính đến đáy đài cọc, có giá trị trung bình phân bố đều là theo chiều cao tường:

- Chiều cao đất đắp tường đương với xe tải thiết kế.

+ Độ lớn của hợp lực đất tổng cộng sau lưng mố do hoạt tải xe là:

* Hoạt tải chất thêm:

+ Hoạt tải tổng cộng chất thêm sau lưng mố do xe tải và làn là:

III - THIẾT KẾ THÂN MỐ

III.1 - TỔ HỢP NỘI LỰC THIẾT KẾ

III.1.1 - Bảng tổng hợp nội lực không hệ số

+ Từ các kết quả tính toán trước ta lập thành bảng tổng hợp nội lực không hệ số tại mặt cắt chân thân mố cho tầng trường hợp xếp tải như dưới đây:

III.1.2 - Trạng thái giới hạn cường độ I

+ Trạng thái giới hạn cường độ I là tổ hợp tải trọng cơ bản liên quan đến việc sử dụng cho xe tiêu chuẩn của cầu không xét đến gió

+ Tải trọng và hệ số tương ứng trong TTGHCĐ I:

- Hệ số tầm quan trọng: 1 với cầu điển hình

- Hệ số làn xe : m = 1,2 khi một làn xe xếp tải

m = 1 khi hai làn xe xếp tải

- Hệ số tĩnh tải kết cấu và lớp phủ: DC DW 1, 25

- Hệ số hoạt tải (dùng cho PL, Lane, Truck, BR): LL 1,75

- Hệ số xung kích của xe Truck: (1+IM) = 1,25

- Hệ số 0,9 áp dụng khi chọn tổ hợp hiệu ứng của 2 xe Truck và Lane

- Hệ số tải trọng áp lực đất sau mố: EH 1, 25

- Hệ số hoạt tải chất thêm sau mố: LS 1,75+ Công thức tổ hợp nội lực tổng quát:

III.1.3 - Trạng thái giới hạn cường độ III

+ Trạng thái giới hạn cường độ III là tổ hợp tải trọng liên quan đến việc sử dụng xe tiêu chuẩn trên cầu với vận tốc gió 25 m/s

+ Tải trọng và hệ số tương ứng trong TTGHCĐ III:

- Hệ số tầm quan trọng: 1 với cầu điển hình

- Hệ số làn xe : m = 1,2 khi một làn xe xếp tải

m = 1 khi hai làn xe xếp tải

- Hệ số tĩnh tải kết cấu và lớp phủ: DC DW 1, 25

- Hệ số hoạt tải (dùng cho PL, Lane, Truck, BR): LL 1,35

- Hệ số xung kích của xe Truck: (1+IM) = 1,25

- Hệ số 0,9 áp dụng khi chọn tổ hợp hiệu ứng của 2 xe Truck và Lane

- Hệ số dùng cho tải trọng gió trên xe: WL 1

- Hệ số dùng cho tải trọng gió lên kết cấu: WS 0,4

+ Các kết quả tính tóan chi tiết cho tầng loại tải trọng theo bảng tính chi tiết sau:

III.1.4 - Trạng thái giới hạn sử dụng

+ Trạng thái giới hạn sử dụng là tổ hợp tải trọng liên quan đến khai thác bình thường của cầu với gió vận tốc 25m/s với tất cả tải trọng lấy theo danh định

+ Tải trọng và hệ số tương ứng trong TTGHSD:

- Hệ số làn xe : m = 1,2 khi một làn xe xếp tải

m = 1 khi hai làn xe xếp tải

- Hệ số tĩnh tải và lớp phủ: DC DW 1

- Hệ số hoạt tải (dùng cho PL, Lane, Truck, BR): LL 1

- Hệ số xung kích của xe Truck: (1+IM) = 1,25

- Hệ số 0,9 áp dụng khi chọn tổ hợp hiệu ứng của 2 xe Truck và Lane

- Hệ số dùng cho tải trọng gió trên xe: WL 1

- Hệ số dùng cho tải trọng gió lên kết cấu: WS 0,3

+ Các kết quả tính chi tiết cho tầng loại tải trọng theo bảng chi tiết dưới đây:

III.2 - KIỂM TOÁN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ

III.2.1 - Tiết diện và cốt thép thiết kế thân mố

+ Tiết diện và cốt thép chọn như sau:

+ Để đơn giản trong tính toán, khi xét nén uốn đơn trục quanh trục X ta chỉ xét cốt thép nằm trong 1/4 tiết diện tính từ phần mép ngoài cùng ở hai bên theo phương trục y về phía trục x (đoạn dài 251 cm trên hình) ; khi xét uốn đơn trục quanh trục Y ta chỉ xét cốt thép trong phần ngoài cùng rải trên bề dài thân mố

+ Cốt thép chịu kéo và nén khi tính nén uốn quanh trục X lần lượt là:

 

2

228*3,14*20

+ Cốt thép khi tính nén uốn quanh trục Y:

 

2

250*3,14*20

III.2.2 - Kiểm toán khả năngn nén uốn hai phương của thân mố

III.2.2.1 - Xác định công thức kiểm toán

+ Xác định công thức kiểm toán theo điều 5.7.4.5 của 22TCN 275-05 khi uốn cột nén uốn haichiều:

rx ry

M M

III.2.2.2 - Sức kháng uốn đơn trục theo phương trục X của tiết diện

+ Tính khả năng kháng uốn của tiết diện theo bài toán cốt đơn

+ Tiết diện tính toán: bxh = 700 x 10020 mm

+ Cốt thép chịu kéo với mômen uốn quanh trục X:

 

' 1

1 1

0,05

70,05

70,84

c f

III.2.2.3 - Sức kháng uốn đơn trục theo phương trục Y của tiết diện

+ Tính khả năng kháng uốn của tiết diện theo bài toán cốt đơn

+ Tiết diện tính toán: bxh = 10020 x 700 mm

+ Cốt thép chịu kéo với mômen uốn quanh trục Y:

1 1

0,05

70,05

70,84

c f

III.2.2.4 - Kiểm toán khả năng chịu lực của thân mố

+ Công thức kiểm toán:

uy ux

rx ry

M M

M - Sức kháng uốn đơn trục tính toán của mặt cắt thân trụ theo phương trục Y.

+ Lấy các giá trị mômen tính toán ở phần tổ hợp nội lực thiết kế thân mố để lập bảng tính kiểm toán cho kết quả sau:

+ Kết Luận: Thân mố đủ khả năng chịu lực ở TTGHCĐ.

III.2.3 - Kiểm toán khả năng chịu cắt

+ Lực cắt tính toán lớn nhất do tải trọng gây ra ở TTGHCĐ là theo phương dọc cầu và có giá trị là:

c v v

V V V

III.3 - KIỂM TOÁN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG

III.3.1 - Kiểm toán nứt khi uốn ngang cầu

+ Mômen kiểm toán nứt khi uốn ngang cầu: M n 2.011.985.274( N mm)

+ Tiết diện như khi thiết kế cốt thép bxh = 700 x 10020 mm

+ Công thức kiểm toán: 3

III.3.2 - Kiểm tóan nứt khi uốn dọc cầu

+ Mômen kiểm toán nứt khi uốn dọc cầu: M n 1.578.506.813 ( N mm)

+ Tiết diện như khi thiết kế cốt thép bxh = 10020x700 mm

+ Công thức kiểm toán: 3