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

II.3 - HOẠT TẢI XẾP THEO PHƯƠNG NGANG CẦUXếp tải trên mặt cắt ngang cầu II.3.1 - Một làn xếp trên 2 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 1 bên trên 2 nhịp TH1 + Khi một làn xe xếp trên 2 nhịp cầu và

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRỤ 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

I.2 - BỐ TRÍ CHUNG TRỤ CẦU

I.3 - VẬT LIỆU THIẾT KẾ TRỤ CẦU

+ 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.1.2 - Nội lực do tĩnh tải không hệ số để thiết kế thân trụ

+ Tĩnh tải tổng cộng gây ra lực nén xét tại chân trụ (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:

TH1: Tandem + Lane + PL

TH2: 0,9*(Truck + Lane ) + PL

II.2.1 - Một làn xếp trên 2 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 1 bên trên 2 nhịp (TH1)

+ Chọn tổ hợp hoạt tải thiết kế:

0,9*(Truck+Lane) = 0,9*V Truck V Lane 0,9* 381435 331855   641961 N

+ Vậy ta chọn hiệu ứng do 90% xe ba trục và tải trọng làn để thiết kế do nó gây hiệu ứng lực lớn hơn

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

1,8 + 1,9 =3,7 m và cách chân trụ H = 3,7+8,96 = 12,66 m gây ra lực theo phương dọc cầu

và uốn thân trụ dọc cầu có giá trị là:

II.2.2 - Một làn xếp trên 1 nhịp+tải bộ hành xếp 1 một bên trên 1 nhịp (TH2)

+ Từ trường hợp xếp tải 1 làn xe trên 2 nhịp+tải bộ hành xếp 1 bên trên hai nhịp ta suy ra trong trường hợp xếp tải này thì:

+ Phản lực gối do tải bộ hành:

 

160575

802882

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

1,8 + 1,9 =3,7 m và cách chân trụ H = 3,7+8,96 = 12,66 m gây ra lực theo phương dọc cầu

và uốn thân trụ dọc cầu có giá trị là:

II.2.3 - Hai làn xếp trên 2 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 2 bên trên 2 nhịp (TH3)

+ Từ trường hợp xếp tải 1 làn xe trên 2 nhịp+tải bộ hành xếp 1 bên trên hai nhịp ta suy ra trong trường hợp xếp tải này thì:

+ Phản lực gối do tải bộ hành:

 160575*2 321150

Truck

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

1,8 + 1,9 =3,7 m và cách chân trụ H = 3,7+8,96 = 12,66 m gây ra lực theo phương dọc cầu

và uốn thân trụ dọc cầu có giá trị là:

II.2.4 - Hai làn xếp tải 1 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 2 bên trên 1 nhịp (TH4)

+ Từ trường hợp xếp tải 1 làn xe trên 2 nhịp+tải bộ hành xếp 1 bên trên hai nhịp 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 + 1,9 =3,7 m và cách chân trụ H = 3,7+8,96 = 12,66 m gây ra lực theo phương dọc cầu

và uốn thân trụ dọc cầu có giá trị là:

II.2.5 - Tải trọng tính mỏi

+ Tải trọng tính mỏi là một xe truck với trọng lượng trục và khoảng cách trục theo quy định như trên hình

II.3 - HOẠT TẢI XẾP THEO PHƯƠNG NGANG CẦU

Xếp tải trên mặt cắt ngang cầu

II.3.1 - Một làn xếp trên 2 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 1 bên trên 2 nhịp (TH1)

+ Khi một làn xe xếp trên 2 nhịp cầu và lệch tâm trên mặt cắt ngang cùng tải bộ hành xếp 1bên trên 2 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 nách xà mũ)

+ Lực cắt do hoạt tải sinh ra tại mặt cắt tính xà mũ lần lượt là:

 

PL PL PL xm

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

II.3.2 - Một làn xếp trên 1 nhịp+tải bộ hành xếp 1 một bên trên 1 nhịp (TH2)

+ Trường hợp này được suy ra từ trường hợp một làn xe xếp trên 2 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 1 bên trên 2 nhịp

+ Mômen uốn theo phương ngang cầu do hoạt tải sinh ra tại mặt cắt tính trụ (vị trí chân trụ nằm trên đài cọc) lần lượt là:

240.342.770

Truck tru

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

II.3.3 - Hai làn xếp trên 2 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 2 bên trên 2 nhịp (TH3)



 3

 

4PL 0

 4

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

II.3.4 - Hai làn xếp tải 1 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 2 bên trên 1 nhịp (TH4)

+ Trường hợp này được suy ra từ hai làn xe xếp trên 2 nhịp cầu+tải bộ hành xếp 2 bên trên

2 nhịp Mômen uốn theo phương ngang cầu do hoạt tải sinh ra tại mặt cắt tính trụ (vị trí timchân trụ nằm trên đài cọc) là:

Truck

tru

II.3.5 - Tải trọng tính mỏi

+ Xe Truck tính mỏi cho xà mũ gây ra phản lực tại các gối là:

 1

(Với l mm i  là khoảng cách từ tim gối thứ i cầu nách xà mũ)

II.4 - TẢI TRỌNG GIÓ

II.4.1 - Tốc độ gió thiết kế

+ Tốc độ gió thiết kế: V V B*S 45*1,9 49 mm s/ 

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 chiều dài nhịp cầu

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

 1,5*35000 52500

+ Các phản lực tại gối thứ i được tính theo công thức:

Trong đó: H = 8960 mm là chiều cao trụ tính từ đỉnh gối cầu

II.4.3 - Gió ngang tác dụng lên kết cấu nhịp (WS1)

+ 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 một nhịp là: b = 35,6 m

+ Diện tích mặt hứng gió: A t b h 35, 6*2, 45 87  m2

+ Hệ số cản gió C tra biểu đồ với tỉ số d

35,615

2, 45

b b

d  h  ta được gía trị C  d 1, 2.+ Lực gió tác dụng lên kết câu nhịp là :

20,0006* * * 1,8* ( )

+ Các phản lực tại gối thứ i được tính theo công thức:

1 1

II.4.4 - Gió tác dụng lên trụ (WS2)

+ Bề rộng hứng gió của trụ lấy bằng bề rộng thân trụ là b = 1 m

+ Hệ số cản gió C  d 1, 2

+ Diện tích hứng gió cho 1 m chiều cao trụ là:

 2 1*1 1

Trong đó: h – là chiều cao thân trụ nhô lên khỏi mặt nước

hn – Chiều cao thân trụ ngập trong nước

II.5 - TẢI TRỌNG NƯỚC

II.5.1 - Lực đẩy nổi

+ Cứ 1 m thân trụ ngập trong nước thì chịu một lực đẩy nổi giá trị là:

H = 1 m – chiều cao xét 1 m trụ ngập trong nước

+ Vậy lực đẩy nổi phân bố đều trên chiều cao thân trụ ngập trong nước là:

+ Mômen không hệ số do áp lực dòng chảy tác dụng lên trụ gây ra tại mặt cắt chân trụ được tính như sau:

Trong đó: hn – Chiều cao thân trụ ngập trong nước

II.6 - TẢI TRỌNG VA TÀU

II.6.3 - Tác dụng của lực va:

+ Lực va là lực tập trung đặt vào thân trụ tại mặt nước trung bình năm của đường thủy, là mực nước thông thuyền

+ Chiều cao tính từ đỉnh đài cọc đến vị trí va là:

H = MNTT – CĐCT = +1,50 – (-3,16) = 4,66 (m) = 4660 (mm)

+ Khi tính lực va theo phương song song với luồng chảy (theo phương ngang cầu) lấy 100% giá trị lực va Khi tính theo phương thẳng góc với tim luồng chảy (theo phương dọc cầu) lấy 50% giá trị lực va tính toán ở trên

II.6.4 - Va theo phương ngang cầu

+ Lực cắt thân trụ theo phương ngang cầu:

II.6.5 - Va theo phương dọc cầu

+ Lực cắt thân trụ theo phương dọc cầu:

 0,5* 0,5*2.504.524 1.252.262

III - THIẾT KẾ XÀ MŨ

III.1 - SƠ ĐỒ TÍNH

+ Sơ đồ tính xà mũ là dầm congxol chịu tải trọng bản thân phân bố đều và tải trọng tập trung do tĩnh tải và hoạt tải trên kết cấu nhịp cầu truyền xuống đặt tại vị trí hai gối cầu nằm trên cánh hẫng của xà mũ Vị trí ngàm nằm sâu vào 1/3 bán kính bo tròn thân trụ

III.2 - TỔ HỢP TẢI TRỌNG

III.2.1 - Trạn thái giới hạn cường độ I

+ Sử dụng trường hợp xếp hoạt tải thứ nhất (TH1) để thiết kế xà mũ Tổ hợp tải trọng này bao gồm tĩnh tải, hoạt tải (PL+Lane+Truck) không xét gió.Các hệ số tổ hợp lấy như sau:

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

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

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

- Hệ số hoạt tải (dùng cho PL, Lane, Truck): 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.+ Mômen:

III.2.2 - Trạng thái giới hạn cường độ III

+ Sử dụng trường hợp xếp hoạt tải (TH1) để thiết kế xà mũ Tổ hợp tải trọng này bao gồm tĩnh tải, hoạt tải (PL+Lane+Truck), xét gió với vận tốc 25m/s Các hệ số tổ hợp lấy như sau:

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

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

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

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

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

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

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

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

III.2.3 - Trạng thái giới hạn sử dụng

+ Sử dụng trường hợp xếp hoạt tải (TH1) để thiết kế xà mũ Tổ hợp tải trọng này bao gồm tĩnh tải, hoạt tải (PL+Lane+Truck), xét gió với vận tốc 25m/s Các hệ số tổ hợp lấy như sau:

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

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

- Hệ số hoạt tải (dùng cho PL, Lane, Truck): 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+ Mômen:

- Hệ số xung kích của xe Truck: (1+IM) = 1,15+ Mômen ở TTGH Mỏi:

III.3 - THIẾT KẾ THÉP DỌC CHO XÀ MŨ

+ Mômen thiết kế thép ở TTGHCĐ lấy giá trị lớn nhất trong hai TTGHCĐ I và TTGHCĐ

xamu

.+ Tiết diện thiết kế cho xà mũ là bxh = 1360 x 1600 (mm)

30

365

c s

 

 

 

 s

c

v

+ Khả năng chịu cắt của thép đai là nhỏ nhất khi góc nghiêng của vết nứt là  45o và hệ

số   Với bê tông cốt thép thường, để đơn giản khi thiết kế lực cắt ta chọn trường hợp 2này để tính bước thép đai thiết kế

+ Khả năng chịu cắt của bêtông:

u

u V

4.708.186

0,08 130*1360*1430

Đai gồm 2 nhánh đai thẳng và 4 nhánh đai xiên 450

III.5 - KIỂM TOÁN NỨT CHO XÀ MŨ

III.6 - KIỂM TRA MỎI CHO XÀ MŨ

+ Biên độ giao động do xe Truck tính mỏi gây ra:

E M

IV.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 trụ cho tầng trường hợp xếp tải như dưới đây:

TH1: 1 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 1 bên trên 2 nhịp Loại tải

+ Tải trọng gió trên trụ (WS2), áp lực đẩy nổi (WA1), áp lực dòng chảy (WA2) còn

phụ thuộc vào tầng trường hợp mực nước tính toán Trong các bảng trên các tải trọng này

tính cho 1 mm chiều cao trụ chịu tải trọng đó, vì vậy đơn vị các tải trọng này là N/mm

IV.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:   với cầu điển hình.1

- 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 dùng cho tải trọng nước: WA 1+ Công thức tổ hợp nội lực tổng quát:

cầu, mômen uốn ngang cầu, lực nén, lực cắt ngang cầu, lực cắt dọc cầu)

+ Lập bảng tính tổ hợp nội lực tính toán từ bảng nội lực không hệ số trên ta có kết quả theo

Cắt ngang cầu Hy (N)

ey (mm)

Ghi chú:

(*) Mực nước tính toán: 3,04 m (MNCN)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 6,20 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 2,76 m

TH2: 1 làn xếp trên 1 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 1 bên trên 1 nhịp (TTGHCĐ I)

Cắt ngang cầu Hy (N)

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 6,20 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 2,76 m

TH3: 2 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 2 nhịp (TTGHCĐ I)

ey (mm)

Ghi chú:

(*) Mực nước tính toán: -2,50 m (MNTN)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m

TH4: 2 làn xếp trên 1 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 1 nhịp (TTGHCĐ I)

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m

IV.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:   với cầu điển hình.1

- 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

- Hệ số dùng cho tải trọng nước: WA 1+ Công thức tổ hợp:

cầu, mômen uốn ngang cầu, lực nén, lực cắt ngang cầu, lực cắt dọc cầu)

+ Lập bảng tính tổ hợp nội lực tính toán từ bảng nội lực không hệ số trên ta có kết quả theobảng sau:

TH1: 1 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 1 bên trên 2 nhịp (TTGHCĐ III)

Hx (N)

Cắt ngang cầu

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m TH2: 1 làn xếp trên 1 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 1 bên trên 1 nhịp (TTGHCĐ III)

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m

TH3: 2 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 2 nhịp (TTGHCĐ III)

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m

TH4: 2 làn xếp trên 1 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 1 nhịp (TTGHCĐ III)

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m

IV.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

- Hệ số dùng cho tải trọng nước: WA 1+ Công thức tổ hợp:

cầu, mômen uốn ngang cầu, lực nén, lực cắt ngang cầu, lực cắt dọc cầu)

+ Lập bảng tính tổ hợp nội lực tính toán từ bảng nội lực không hệ số trên ta có kết quả theo

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m

TH2: 1 làn xếp trên 1 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 1 bên trên 1 nhịp (TTGHSD)

Hx (N)

Cắt ngang cầu

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m

TH3: 2 làn xếp trên 2 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 2 nhịp (TTGHSD)

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m

TH4: 2 làn xếp trên 1 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 1 nhịp (TTGHSD)

ey (mm)

→ Chiều cao thân trụ ngập trong nước: 0,66 m

→ Chiều cao thân trụ nhô lên mặt nước: 8,30 m

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

IV.2.1 - Tiết diện và cốt thép thiết kế

+ Tiết diện và cốt thép chọn như sau:

+ Để đơn giản trong tính toán, ta quy đổi gần đúng phần bo tròn thân trụ thành hình chữ

nhật như trên hình Khi xét uốn đơn trục quanh trục X ta chỉ xét cốt thép trong phần cung

tròn tham gia chịu lực (11 thanh), khi xét uốn đơn trục quanh trục Y ta chỉ xét cốt thép

trong phần nằm ngang của thân trụ (20 thanh)