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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÓNG MỐ CẦU 1 I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ MÓNG MỐ I.1 - SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN + Mố thiết kế: lấy mố MA để thiết kế điển hình. + Mực nước cao nhất: +3,04 m + Mực nước thấp nhất: - 2,5 m + Mực nước thông thuyền: +1,5 m + Cao độ mặt đất tự nhiên: +2,52 m + Cao độ đỉnh đài cọc: +1,89 m + Địa chất: +Lớp 1: Bùn sét màu xám nâu xen kẹp cát mỏng trạng thái chảy, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 3,02 m đến 4,50 m. +Lớp 2: Cát hạt mịn màu xám xanh, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 3,19 m đến 5,51 m, +Lớp 3: Sét màu xám xanh lẫn vàng trạng thái nửa cứng, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 7,09 m đến 10,02m, +Lớp 4: Á cát nặng màu vàng xám xanh trạng thái chặt vừa, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan với chiều dày trung bình từ 13,44 m đến 19,10 m, +Lớp 5: Cát trung lẫn sạn sỏi màu vàng trạng thái chặt, Lớp này xuất hiện ở tất cả các lỗ khoan khi kết thúc lỗ khoan và chưa thấy lớp đất mới với chiều dày trung bình từ 6,13 m đến 10,35m, + Hình trụ lỗ khoan tại trụ xem cụ thể phần bố trí chung móng trụ. Các số liệu địa chất được tập hợp trong bảng sau đây: 2 Chỉ tiêu KH ĐV Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Độ ẩm W % 48,26 23,60 30,40 23,69 17,80 Dung trọng tự nhiên γ w g/cm³ 1,620 1,780 1,860 1,850 1,940 Dung trọng khô γ k g/cm³ 1,100 1,440 1,550 1,500 1,660 Tỷ trọng D - 2,650 2,660 2,730 2,670 2,660 Hệ số rỗng e 0 - 1,429 0,847 0,916 0,787 0,606 Ứng với cấp tải P 1 e 1 - 1,330 0,819 0,871 0,668 0,612 kG/cm² P 2 e 2 - 1,265 0,800 0,847 0,649 0,601 P 3 e 3 - 1,182 0,779 0,812 0,622 0,589 P 4 e 4 - 1,078 0,753 0,773 0,590 0,577 Hệ số nén lún P 1 a 1 cm²/kG 0,335 0,056 0,089 0,055 0,029 Ứng với cấp tải P 2 a 2 cm²/kG 0,260 0,039 0,048 0,039 0,020 kG/cm² P 3 a 3 cm²/kG 0,166 0,021 0,035 0,027 0,013 P 4 a 4 cm²/kG 0,103 0,013 0,019 0,016 0,006 Sức chống cắt P 1 σ 1 kG/cm² 0,099 0,414 0,591 0,573 0,661 Ứng với cấp tải P 2 σ 2 kG/cm² 0,113 0,702 0,825 1,039 1,248 kG/cm² P 3 σ 3 kG/cm² 0,127 1,041 1,058 1,487 1,887 Độ rỗng n - 58,60 45,90 47,60 43,90 37,70 Giới hạn chảy Wl % 41,30 - 46,50 - 46,50 Giới hạn dẻo Wp % 25,70 - 27,50 - 27,50 Chỉ số dẻo Ip - 15,60 - 19,00 - 19,00 Độ sệt B - 1,45 - 0,150 - 0,150 Độ bảo hoà G - 89,50 74,00 90,00 80,10 75,50 Góc ma sát trong φ 0 - 3 0 12' 17 0 24' 13 0 8' 24 0 33' 31 0 5' Lực dính C kG/cm² 0,09 0,09 0,36 0,12 0,05 Trị số SPT 0↔5 11↔12 19↔32 13↔45 34↔69 I.2 - VẬT LIỆU THIẾT KẾ - Bê tông cọc và đài cọc: ' 30 c f MPa = và 1.5 ' 1,5 0.043* * 0,043*2500 * 30 29440 ( ) c c c E f MPa γ = = = - Cốt thép chủ: thép AIII có 365 y f MPa = và 200000E MPa = . - Thép đai: Thép AII 280 y f MPa = và 200000E MPa = . I.3 - TỔ HỢP TẢI TRỌNG TẠI TIM ĐỈNH ĐÀI CỌC I.3.1 - Trạng thái giới hạn cường độ + Tải trọng thiết kế ở TTGHCĐ tại tim trụ trên đỉnh đài cọc lấy từ phần tổ hợp nội lực thiết kế mố ta chọn hai tổ hợp sau: 3 + TH1: 1 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 1 bên (TTGHCĐ I) Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) Cắt ngang cầu Hy (N) Uốn dọc cầu My (N.mm) Uốn ngang cầu Mx (N.mm) 5.271.776 1.025.456 0 607.595.625 3.140.322.979 + TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHCĐ I) Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) Cắt ngang cầu Hy (N) Uốn dọc cầu My (N.mm) Uốn ngang cầu Mx (N.mm) 6.194.009 1.139.206 0 2.091.180.000 1.057.110.717 I.3.2 - Trạng thái giới hạn sử dụng + Tải trọng thiết kế ở TTGHSD tại tim mố trên đỉnh đài cọc lấy từ phần tổ hợp nội lực thiết kế mố ta có: + TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHSD) Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) Cắt ngang cầu Hy (N) Uốn dọc cầu My (N.mm) Uốn ngang cầu Mx (N.mm) 4.428.217 846365 49800 1.312.194.000 821.578.267 II - TÍNH SỨC CHỊU TẢI VÀ CHỌN SỐ CỌC II.1 - TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC II.1.1 - Sức chịu tải theo vật liệu + Cọc sử dụng là cọc BTCT đường kính 40x40 cm và có bố trí 8 thanh thép dọc đường kính 25mm đều theo chu vi thân cọc. + Sức chịu tải của cọc theo vật liệu được tính như một cấu kiện cột bêtông cốt thép ngàm tại độ sâu bằng chiều dài chịu nén uốn M L của cọc (xem tính phần sau). + Công thức tính sức chịu tải tính toán của cọc theo vật liệu trong trường hợp chịu lực dọc trục: * r n P P φ = Trong đó: 0,75 φ = - Hệ số sức kháng của cấu kiện bêtông cốt thép chịu nén. ( ) ( ) ' .0,8* 0,85. . n c g st y st P f A A f A λ φ = − + - Sức kháng danh định của cấu kiện có cốt đai thường. + Diện tích nguyên mặt cắt bê tông cọc: 4 ( ) 2 400*400 16.000 g A mm = = + Cọc bố trí đều theo chu vi 8 thanh thép đường kính 25 mm, diện tích tổng cốt thép dọc trong cọc: ( ) 2 2 8*3.14*25 3925 4 s A mm = = + Cường độ chảy dẻo của thép: ( ) 365 y f MPa = + Cường độ chịu nén của bêtông cọc: ( ) ' 30 c f MPa = + Hệ số kinh nghiệm 0,78 λ φ = tra được từ Bảng 3.2 sách Nền Móng-Châu Ngọc Ẩn để xét đến độ mảnh λ của cọc, tra với độ mảnh tính như sau: - Độ mảnh của cọc vuông: 12. . 12 *2*3,9 67,5 0,4 M K L b λ = = = - Trong đó: b = 0,4 m - là chiều rộng cọc. K = 2 - là hệ số chiều dài tính toán. ( ) 3,9 M L m = - Chiều dài chịu nén uốn của cọc (xem phần tính và giải phương trình chính tắc). + Sức kháng danh định: ( ) ( ) ( ) 0,78*0,8* 0,85*30* 160000 3925 365*3925 3.377.423 n P N = − + = + Sức chịu tải dọc trục tính tóan của cọc theo vật liệu: ( ) 0,75*3.377.423 2.533.067 r P N = = II.1.2 - Sức chịu tải theo đất nền II.1.2.1 - Tính sức kháng mũi danh định của cọc + Theo điều 10.7.3.2 của 22TCN 272-05 ta có sức kháng mũi cọc danh định: ( ) * 3,9*160000 624000 p p p Q q A N = = = Trong đó: ( ) 4 400*400 160.000 p A mm = = ( ) orr orr 0,038. . 0,4. c b p l c N D q q N MPa D = ≤ = - là sức kháng mũi đơn vị của cọc theo điều 10.7.3.4.2.a của 22TCN 272-05. ( ) orr 0,4. l c q N MPa = - Sức kháng điểm giới hạn của đất cát dưới mũi cọc. D = 400 mm – đường kính cọc. ( ) ( ) ( ) 28,22 31,61 3,39 3390 b D m mm = − − − = = - là chiều sâu cọc xuyên trong tầng chịu lực chống. ( ) orr 10 10 ' orr 1,92 1,92 * 0,77 *log 40* 0,77 *log 0,777 12,1 /300 c v c N N N Bua mm σ     = =         → = 5 N = 40 (búa/300mm) – Số đếm SPT đo được tại mũi cọc. ' v σ - Áp lực tầng phủ hữu hiệu thẳng đứng tại mũi cọc (MPa) + Trong trường hợp ở mố không có nước ngầm và không có nước mặt, tính áp lực tầng phủ hữu hiệu thẳng đứng tại mũi cọc : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ' ' 2 . 1,62*3,84 1,78*3,31 1,86*7,38 1,85*16,21 1,94*11,25 77,7 / 0,777 v i i v h T m MPa σ σ σ = = + + + + → = = ∑ Trong đó: i σ và i h - dung trọng tự nhiên và chiều dày lớp đất thứ i. + Tính sức kháng mũi đơn vị của cọc: ( ) ( ) ( ) 0,038*12,1*3390 3,9 0,4*12,1 4,84 400 3,9 p l p q MPa q MPa q MPa = = ≤ = = → = II.1.2.2 - Tính sức kháng thân danh định của cọc + Sức kháng thân cọc theo điều 10.7.3.2 và 10.7.3.4.2b của 22TCN 272-05 là: ( ) 6 * 0,0494*51,2*10 2.529.280 s s s Q q A N = = = + Tổng diện tích xung quanh thân cọc trong đất: ( ) ( ) 6 2 32000* 4*400 51,2 *10 s A mm = = + Sức kháng thân đơn vị của cọc: ( ) 0,0019. 0,0019* 26 0,0494 s q N MPa= = = Trong đó: N - Số SPT trung bình (chưa hiệu chỉnh) dọc theo thân cọc (Búa/300mm). ( ) 1 5 11 12 19 25 32 28 13 15 21 35 34 40 45 35 34 40 17 26 /300 n i i N N n N Bua mm = + + + + + + + + + + + + + + + + = = → = ∑ II.1.2.3 - Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền + Theo điều 10.7.3.2 của 22TCN 272-05, ta có sức kháng đỡ tính toán của cọc đơn là: ( ) . . 0,36 *624000 0,36* 2.529.280 1.135.181 R qp p qs ps Q Q Q N = Φ + Φ = + = + Trong đó: qp Φ và qs Φ lần lượt là hệ số sức kháng mũi và kháng ma sát bề mặt cọc. Tra bảng 10.5.5-2 trong trường hợp tính theo SPT ta có: . 0,45* 0,45*0,8 0,36 qp qs v λ Φ = Φ = = = Với 0,8 v λ = - tra theo bảng 10.5.5-2 theo phương pháp thi công và đánh giá khả năng chịu lực của cọc trong và sau khi đóng cọc. p Q và ps Q - Sức kháng mũi, sức kháng thân cọc vừa tính ở trên. 6 II.2 - TÍNH VÀ BỐ TRÍ SƠ BỘ CỌC, ĐÀI CỌC II.2.1 - Tính sơ bộ số cọc + Số lượng cọc được tính sơ bộ theo công thức: 6.194.009 * 2,5* 14 1.135.181 tt V n P β = = = (cọc) Trong đó: ( ) 6.194.009 NV = - Tải trọng thẳng đứng tính toán lớn nhất tại tim đỉnh bệ cọc ở trạng thái giới hạn cường độ. ( ) 1.135.181 tt P N = - Sức chịu tải tính tóan của cọc đơn (lấy bằng sức chịu tải theo đất nền). 2,5 β = - Hệ số xét đến ảnh hưởng của mômen. + Chọn số cọc thiết kế: 21 cọc bố trí cách nhau theo hai phương >= 3d. Theo phương dọc cầu bố trí cách nhau 1,5 m; theo phương ngang cầu 1,52 m. + Kích thước đài cọc: 10,02 x 3,9 x 1,5 mét. II.2.2 - Bố chí chung hệ móng cọc 7 III - TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ III.1 - TÍNH NỘI LỰC KHI TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO PHƯƠNG DỌC CẦU III.1.1 - Tổ hợp tải trọng tại tim đáy bệ cọc theo phương dọc cầu + Chọn tổ hợp tải trọng tại tâm đỉnh bệ cọc tính theo phương dọc cầu: + TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHCĐ I) Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) Uốn dọc cầu My (N.mm) 6.194.009 1.139.206 2.091.180.000 8 + Truyền tổ hợp tải trọng này xuống tim đáy bệ cọc ta có các tải trọng tính toán: * Lực nén thẳng đứng: ( ) ( ) ( ) 5 . . 6.194.009 1,25* 10020 *3900 *1500 * 2,5*10 8.025.790 DC be c N V V N N γ γ − = + = + → = Trong đó: 1,25 DC γ = - Hệ số tổ hợp của tĩnh tải dùng cho tĩnh tải bệ cọc. ( ) ( ) 3 10020*3900 *1500 be V mm = - Thể tích bệ cọc. c γ - là khối lượng thể tích của bê tông, ở đây ta không xét đến lực đẩy nổi của nước vì bệ cọc không nằm trong nước. * Lực cắt dọc cầu: ( ) 1.139.206 x H N = * Mômen uốn dọc cầu: ( ) . 2.091.180.000 1.139.206*1500 = 3.799.989.000 . x M M H h N mm = + = + Trong đó: h = 1500 mm là chiều cao bệ cọc. + Vậy tổ hợp nội lực tính toán móng cọc theo phương dọc cầu là: Lực nén N (kN) Cắt dọc cầu Hx (kN) Uốn dọc cầu My (kN.m) 8025,79 1139,21 3.799,989 III.1.2 - Tính chiều dài chịu nén uốn của cọc + Tính chiều dài nén uốn của cọc theo điều 5.2 của 20TCN 21-86: ( ) 0 2 2 0 3,9 0,52 M bd L L m α = + = + = Trong đó: 0 0L = - Chiều dài cọc nằm trên mặt đất. ( ) 1/ bd m α - Hệ số biến dạng, tính theo Phụ Lục 1 ta có công thức: ( ) 5 5 3 . 220*1,1 0,52 1/ . 2.944.000*2,13*10 c bd b K b m E I α − = = = Trong đó: K = 220 T/m 4 – Hệ số phụ thuộc đất xung quanh cọc, lấy theo Bảng 1 của Phụ Lục 1 với đất sét chảy. ( ) ( ) 2 29440 2.944.000 / b E MPa T m = = - Môđun đàn hồi của bêtông cọc. ( ) 3 3 4 0,4*0,4 2,13*10 12 I m − = = - Mômen quán tính của tiết diện cọc. ( ) 1,5 0,5 1,5*0, 4 0,5 1,1 c b d m = + = + = - đường kính quy ước của cọc. 9 d = 0,4 m – đường kính cọc. III.1.3 - phương trình chính tắc + Phương trình chính tắc: . . . . . . . . . vv vu v tt uv uu u tt v u tt r v r u r N r v r u r H r v r u r M ω ω ω ω ωω ω ω ω + + =   + + =   + + =  Dạng ma trận : [A]*[X] = [B] Trong đó: [ ] vv vu v uv uu u v u r r r A r r r r r r ω ω ω ω ωω     =       [ ] v X u ω     =       [ ] x y N B H M     =       Các lực tính toán N, Hx, My như vừa tổ hợp tới tim đáy bệ theo phương dọc cầu. , ,u v ω là chuyển vị ngang, chuyển vị thẳng đứng, góc xoay của bệ quanh điểm O - gốc tọa độ tại đáy bệ. r ik : Phản lực trong liên kết (i) do chuyển vị đơn vị tại liên kết (k) gây ra. III.1.4 - Giải phương trình chính tắc + Quy ước gốc tọa độ và tính tọa độ của các cọc trong đài như hình dưới đây: 10 [...]... của đường hàn + Kiểm toán: τN = 626, 74 = 22.384(kN / m2 ) ≤ 150.000 ( kN / m 2 ) 0,01*2,8 → Đạt ! III.3.4 - Thiết kế thép đài cọc + Thiết kế thép theo phương dọc cầu coi đài cọc là ngàm congxol tại mép thân mố, chịu tải trọng thẳng đứng hướng lên từ các hàng cọc nằm phía dưới ngoài phạm vi thân mố (theo phương dọc cầu) + Sơ đồ tính và tải trọng khi thiết kế thép theo phương dọc cầu như sau: 23 + Lực... thép thiết kế: 0,85* f c' * a * b 0,85*30*16,9*10020 As = = = 11830 ( mm 2 ) fy 365 24 50φ 20 ( As = 15700 mm 2 ) + Chọn hình vẽ trên để bố trí cho cốt thép cho bệ cọc theo phương dọc cầu như III.3.5 - Thiết kế lực cắt + Lực cắt thiết kế thép đai ở TTGHCĐ lấy trong trường hợp theo phương dọc cầu ta có: Vu = 7 * N 3 * cosβ = 7 *626, 74* cos ( 5,7106 o ) = 4365, 41( kN ) = 4.365.410 ( N ) + Tiết diện thiết. .. ngang cầu: H x = 0( N ) * Mômen uốn ngang cầu: M = M + H x h = 3.140.322.979 + 0 = 3.140.322.979 ( N mm ) Trong đó: h = 1500 mm là chiều cao bệ cọc + Vậy tổ hợp nội lực tính toán móng cọc theo phương ngang cầu là: Lực nén N (kN) Cắt ngang cầu Hy (kN) Uốn ngang cầu Mx (kN.m) 0 3.140,323 7103,56 III.2.2 - Chiều dài chịu nén uốn của cọc + Chiều dài nén uốn của cọc như tính khi tính theo phương dọc cầu LM... toán: φ M n ≥ M u Trong đó φ = 0.9 - Hệ số sức kháng với khi uốn cho cốt thép thường φ.M n = 0.9 *168.517.872 = 151.739.479 ( N mm ) ≥ M u = 40.070.000 ( N.mm ) → → Thỏa ! III.3.3 - Thiết kế mối nối cọc + Các đốt cọc được nối bằng phương pháp hàn nối.Các bản nối ốp góc là 4 thanh thép góc đều cạnh V100x100x10 Chiều cao đường hàn là 10 mm, các kích thước khác xem chi tiết trong bản vẽ Việc tính toán đường. .. 1/ 500 ( rad ) gh  Đạt IV.3 - TÍNH LÚN HỆ MÓNG CỌC IV.3.1 - Xác định khối móng quy ước + Theo điều 10.7.2.1 của 22TCN 272-05, khối móng quy ước được lấy như sau: 27 + Khối móng quy ước có kích thước theo phương dọc cầu là: A = 12480 ( mm ) + Kích thước theo phương ngang cầu của khối móng quy ước là: B = 1520* 6 + 3270* 2 = 15660 ( mm ) + Diện tích đáy khối móng quy ước: F = A * B = 12480*15660 = 195.436.800... 78 ( mm ) Pn 1.713.600 + Sức kháng nén tính toán của cột khi chịu nén uốn lệch tâm phẳng: Pr = Φ.Pn = 0, 75*1.713.600 = 1.285.200 ( N ) ≥ N = 626740 ( N ) + Sức kháng uốn tính toán của cột khi chịu nén uốn lệch tâm phẳng: Φ.M n = e * ( ΦPn ) = 204*349.216.000 = 262.180.800 ( N mm ) + Kết luận: Kết cấu cọc đủ độ bền chịu tải trọng truyền xuống III.3.2.2 - Kiểm tra độ bền kết cấu khi vận chuyển cọc + Tải... max = 626740 ( N ) → III.3.2 - Kiểm toán độ bền kết cấu cọc + Cốt thép cọc thiết kế: 18 Đạt + Lớp bê tông bảo vệ cọc lấy là 5 cm III.3.2.1 - Kiểm toán cọc chịu tải trọng ở TTGHCĐ + Kiểm toán cọc như cột chịu nén uốn ngàm tại độ sâu bằng chiều dài nén uốn của cọc, đầu trên tự do Chiều dài của cột chính là chiều dài chịu nén uốn LM = 3900 mm Hệ số chiều dài tính toán K = 2 + Tải trọng dọc trục, mômen... - KIỂM TOÁN TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG IV.1 - TỔ HỢP TẢI TRỌNG + Chọn tổ hợp ở TTGHSD để kiểm tóan theo phương dọc cầu: + TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHSD) Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) 4.428.217 Cắt ngang cầu Hy (N) 846365 (không xét) Uốn dọc cầu My (N.mm) Uốn ngang cầu Mx (N.mm) 1.312.194.000 (không xét) + Truyền tổ hợp tải trọng xuống tim đáy bệ cọc theo phương dọc cầu: + Truyền... IV.2.2 - Giải phương trình chính tắc + Các quy ước tọa độ, các thông số tính toán như ở phần tính theo TTGHCĐ theo phương dọc cầu nhưng với tải trọng tính toán ở TTGHSD như trên + Kết quả tính hệ số của phương trình chính tắc theo phương dọc cầu đã có: + Phương trình chính tắc: + Kết quả giải phương trình chính tắc: IV.2.3 - Kiểm toán chuyển vị đầu cọc + Chuyển vị ngang cho phép của đầu cọc theo điều 10.7.2.2... hành kiểm toán lại cường độ của đường hàn khi chịu lực dọc là nội lực trong cọc + Công thức kiểm toán : N N max h τ N = max = ≤ Rg Fdh δ dh ∑ Ldh Trong đó : Nmax = 626,74 kN – Lực dọc lớn nhất trong cọc δ dh = 10mm = 0.01m - Chiều dày đường hàn ∑L dh = 8* Ldh = 8* 0,35 = 2,8 ( m) hộp nối cọc) h Rg = 150000kN / m 2 - Tổng chiều dài đường hàn (4 thép góc 35cm ở một bên - Cường độ tính toán của đường hàn . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÓNG MỐ CẦU 1 I - SỐ LIỆU THIẾT KẾ MÓNG MỐ I.1 - SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT, THỦY VĂN + Mố thiết kế: lấy mố MA để thiết kế điển hình. + Mực nước cao. tim mố trên đỉnh đài cọc lấy từ phần tổ hợp nội lực thiết kế mố ta có: + TH2: 2 làn xếp tải + tải bộ hành xếp 2 bên (TTGHSD) Lực nén V (N) Cắt dọc cầu Hx (N) Cắt ngang cầu Hy (N) Uốn dọc cầu My. dọc cầu Hx (N) Cắt ngang cầu Hy (N) Uốn dọc cầu My (N.mm) Uốn ngang cầu Mx (N.mm) 6.194.009 1.139.206 0 2.091.180.000 1.057.110.717 I.3.2 - Trạng thái giới hạn sử dụng + Tải trọng thiết kế ở