ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CẦU ĐƯỜNG THIẾT KẾ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG

Các nguyên tắc thiết kế - Công trình được thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thót phù hợp với quy mô của tuyến đường.. Kết cấu phần trên -Sơ đồ bố trí chung toàn cầu: -Nhịp chính là dầ

Lời nói đầu

*

* *Sau thời gian học tập tại trường ĐHGTVT TP HCM bằng sự nỗ lực của bảnthân cùng với sự chỉ bảo dạy dỗ tận tình của các thầy cô trong trường ĐHGTVT TPHCM nói chung và các thầy cô trong Khoa Công trình nói riêng em đã tích luỹđược nhiều kiến thức bổ ích trang bị cho công việc của một kỹ sư tương lai

Đồ án tốt nghiệp là kết quả của sự cố gắng trong suốt 5 năm học tập và tìmhiểu kiến thức tại trường , đó là sự đánh giá tổng kết công tác học tập trong suốtthời gian qua của mỗi sinh viên Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp này em đãđược sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Cầu - Đường , đặcbiệt là sự giúp đỡ trực tiếp của thầy: Phan Quốc Bảo

Do thời gian tiến hành làm Đồ án và trình độ lý thuyết cũng như các kinhnghiệm thực tế còn có hạn nên trong tập Đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏinhứng thiếu sót Em xin kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để em có thểhoàn thiện hơn Đồ án cũng như kiến thức chuyêân của mình

Em xin chân thành cảm ơn !

TP Hồ Chí Minh, Ngày 22 tháng 04 năm 2009

Sinh viên: Bùi Anh Dũng

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Giáo viên hướng dẫn

PHAN QUỐC BẢO

Nhận xét của giáo viên đọc duyệt

Giáo viên đọc duyệt

TỔNG QUAN

*

* *

1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC XÂY DỰNG CẦU

1.1 Đặc điểm về địa hình- thủy văn

-Chế độ thủy văn ít thay đổi

+ MNCN : +3.627 m

+ MNTT : +1.57 m

+ MNTN : -2.47 m

1.2 Đặc điểm về địa chất

Lớp 1 : Bùn sét hữu cơ màu xám đen , trạng thái mềm :

Chiều dày lớp : h1 = 9.5 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thể tích : w = 1.46 T/m3

+Chùy tiêu chuẩn (SPT) : N = 0

+Lực dính : c = 0.095KG/cm2)

Góc ma sát trong :  = 3057’

Lớp 2 : đất sét màu xám xanh nâu, hoặc màu nâu vàng, trạng thái rắn

Chiều dày lớp : h2 = 7.5 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thể tích : w = 1.95 T/m3

+Chùy tiêu chuẩn (SPT) : N = 15

+Lực dính : c = 0.348 (KG/cm2)

+Góc ma sát trong :  = 16 023’

Lớp 3 : đất sét pha cát màu vàng nâu, trạng thái rất rắn

Chiều dày lớp : h3 = 2 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thể tích : w = 1.97 T/m3

+Chùy tiêu chuẩn (SPT) : N = 18

+Lực dính : c = 0.342 (KG/cm2) ,

+Góc ma sát trong :  = 17028’

Lớp 4 : đất sét màu xám đen trạng thái rắn đến rất rắn, 1 vài chỗ đất sét có

lẫn 1 ít cát

Chiều dày lớp : h4 = 16 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thễ tích : w = 19.88 T/m3.

+Chùy tiêu chuẩn (SPT) : N = 16

+Lực dính : c = 0.352 (KG/cm2)

+Góc ma sát trong :  = 150.47’

Lớp 5 : cát mịn lẫn bột, màu xám, trạng thái chặt

Chiều dày lớp : h4 = 25 m

Các chỉ tiêu cơ lý :

+Trọng lượng thễ tích : w = 1.987 T/m3

+Chùy tiêu chuẩn (SPT) : N = 76

+Lực dính : c = 0 (KG/cm2)

+Góc ma sát trong :  = 310.46’

2 QUY TRÌNH QUY PHẠM VÀ CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ

2.1 Quy trình thiết kế và nguyên tắc chung

2.1.1. Quy trình thiết kế

-Quy trình thiết kế cầu cống : 22 TCN 272 – 05

-Quy phạm thiết kế cầu dây văng trên đường ôtô JTJ 027-86 của Trung Quốc -Quy trình thiết kế móng cọc TCXD : 205-1998

2.1.2. Các nguyên tắc thiết kế

- Công trình được thiết kế vĩnh cửu , có kết cấu thanh thót phù hợp với quy mô của tuyến đường

- Đáp ứng được yêu cầu quy hoạch , phân tích tương lai của tuyến đường

- Thời gian thi công ngắn

- Thuận tiện cho công tác duy tu bảo dưỡng

- Giá thành xây dựng thấp

2.2 Các thông số kĩ thuật cơ bản

2.2.1. Quy mô xây dựng

-Cầu được thiết kế vĩnh cửu với tuổi thọ > 100 năm

2.2.2. Tải trọng thiết kế

-Sử dụng cấp tải trọng thiết kế cầu theo quy trình 22 TCN 272 – 05

+Hoạt tải thiết kế HL 93

- Xe 3 trục thiết ke á: P1=35KN, P2=145KN, P3=145KN

- Xe 2 trục thiết kế : P1=110KN, P2=110KN

- Tải trọng làn q = 9.3 N/mm phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu

được giả thuyết phân bố đều trên chiều rộng 3000 mm

-Hệ số tải trọng :

+Tĩnh tải giai đoạn 1 : 1.25

+Tĩnh tải giai đoạn 2 : 1.5

+Hoạt tải : 1.75

-Hệ số động(hệ số xung kích) : IM=1+25/100=1.25

2.2.3. Khổ cầu thiết kế

-Mặt cắt ngang thiết kế cho 3 làn xe chạy vận tốc thiết kế là 80 Km/h

+Mặt căt ngang khổ : K=10.5+2@0.5

+Phần xe chạy: Bxe=3x3.5m

+Phần lan can:Blc=2x0.5m

2.2.4. Khổ thông thuyền

-Sông thông thuyền là sông cấp IV :

+Tĩnh cao: 6m

+Tĩnh ngang: 40m

2.2.5. Trắc dọc cầu

-Độ dốc dọc cầu là 1.6 %

-Cầu nằm trên đường cong tròn bán kính R=2500m

3 CÁC PHƯƠNG ÁN CẦU SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN

Nguyên tắc lựa chọn phương án cầu:

- Đáp ứng yêu cầu thông thuyền

- Giảm tối thiểu các trụ giữa sông

- Sơ đồ nhịp cầu chính xét đến việc ứng dụng công nghệ mới nhưng có ưu tiên việc tận dụng thiết bị công nghệ thi công quen thuộc đã sử dụng trong nước

- Đảm bảo tính khả thi trong quá trình thi công

-Đạt hiệu quả kinh tế cao, giá thành rẻ

PHẦN I

THIẾT KẾ CƠ SỞ

CHƯƠNG 1 PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ CẦU LIÊN TỤC ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN

1.1 Tiêu chuẩn thiết kế

-Quy trình thiết kế cầu cống 22 TCN 272 – 05 Bộ giao thông vận tải

-Tải trọng thiết kế: HL 93

- Xe 3 trục thiết ke á: P1=35KN, P2=145KN, P3=145KN

- Xe 2 trục thiết kế : P1=110KN, P2=110KN

- Tải trọng làn q = 9.3 N/mm phân bố đều theo chiều dọc Theo chiều ngang cầu được giả thuyết phân bố đều trên chiều rộng 3000 mm

1.2 Sơ đồ kết cấu

1.2.1. Kết cấu phần trên

-Sơ đồ bố trí chung toàn cầu:

-Nhịp chính là dầm liên tục 3 nhịp BT ƯST thi công theo phương pháp đúc hẫng cân bằng với khẩu độ nhịp là 64m+102m+64m

-Kết cấu nhịp chính có tiết diện hình hộp có chiều cao thay đổi, đáy dầm có dạng đường cong bậc 2

-Hộp dầm có dạng thành xiên và bố trí một vách ngăn giữa hộp Kích thước hộp dầm như sau:

+) Chiều cao dầm trên đỉnh trụ H = 5m

+) Chiều cao dầm tại giữa nhịp h = 2 m

+) Chiều dày bản nắp : tb = 30 cm

+) Chiều dày bản đáy : Mặt cắt gối là 80 cm , tại mặt cắt giữa nhịp là 30cm+) Chiều dày phần cánh hẫng : hc = 25 cm

+) Chiều dày sườn bên của hộp : 50 cm

-Tiêu chuẩn vật liệu

1- Bê tông cấp A có:

+) Cường độ cực hạn: fpu= 1860 MPa

+) Độ chùng sau 1000h ở 200C là 2.5%

3- Neo: Sử dụng loại neo VSL

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

5- Chương trình tính toán : MiDas Civil 7.01

1.2.2. Kết cấu phần dưới

1- Cấu tạo trụ cầu :

- Trụ chính dùng loại trụ đặc 2 đầu tròn đặt trên móng cọc đài cao , cọc khoan nhồi D=1.5m đổ bê tông tại chỗ mác M300

- Dùng trụ thân hẹp, đổ bêtong tại chỗ

- Phương pháp móng: Móng cọc đài cao

2 - Cấu tạo mố cầu:

- Mố cầu dùng loại mố chữ U BTCT đặt trên móng cọc khoan nhồi D=1.5m, đổ tại

chỗ mác bê tông chế tạo M300

2 TÍNH TOÁN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP

2.1 Xác định các kích thước cơ bản của cầu

- Chiều dài kết cấu nhịp: đối với kết cấu nhịp liên tục chiều dài nhịp biên Lnb= (0,6

 0,7) chiều dài nhịp giữa Lng

+) Trong phương án này chọn L = 102 m

+) Lấy : Lnb = 64 m

2.1.1. Phân chia các đốt dầm

- 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 = 14 m (khi thi công sẽ tiến hành lắp đồng thời 2 xeđúc trên trụ)

+) Đốt hợp long nhịp giữa : dhl = 1.5m, đốt hợp long nhịp biên :dhl = 1.5m+) Chiều dài đoạn đúc trên đà giáo : dđg = 18.5 m

2.1.2. Xác định phương trình cao độ đáy dầm

Cao độ đáy dầm thay đổi theo phương trình Parabol: y =x2 + bx + c

2 2 h

- y : Là chiều cao dầm tại mặt cắt cách mặt cắt giữa nhịp một khoảng x

- H : Là chiều cao dầm tại mặt cắt trên gối

- h : Là chiều cao dầm tại mặt cắt giữa nhịp

- lh : Là chiều dài đoạn cánh hẫng có đáy theo đường cong

Y=0.0013x2 + 2

2.1.3. Xác định phương trình thay đổi chiều dày đáy dầm

Thay đổi theo phương trình Parabol: y = x2 + bx + c

2 2 h

- y: Là chiều dày bản đáy tại mặt cắt cách mặt cắt giữa nhịp một khoảng x

- Hd: Là chiều dày bản đáy tại mặt cắt trên gối

- hd: Là chiều dày bản đáy tại mặt cắt giữa nhịp

- ld: Là chiều dài thay đổi bản đáy trên nhịp

Y=0.000217x2 + 0.3

2.1.4. Xác định cao độ mặt dầm chủ

Mặt dầm chủ được thiết kế với độ dốc 1.6 %, với bán kính cong R=2500m

2.1.5. Tính tóan đặt trưng hình học mặt cắt của tiết diện

Để tính toán đặc trưng hình học ta có thể sử dụng công thức tổng quát như sau để tính:

+ Diện tích mặt cắt :

F = 1/2 x  ( xi-xi+1) x (yi+yi+1)

+ Tọa độ trọng tâm mặt cắt :

yc = 1/6 x Fx  (xi-xi+1) x (yi2+yi.yi+1+yi+12)

+ Mômen tĩnh của mặt cắt đối với trục x :

Sx = 1/6 x  (xi-xi+1) x (yi3+yi2.yi+1+yi.yi+12+yi+13)

+ Mômen quán tính đối với trục trung hòa :

Jth = Jx - yc2 x F

Số liệu tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt thay đổi được tính trong Midas

- Kích thước mặt cắt ngang:

Mặt cắt tại đốt K0

Mặt cắt tại đốt hợp long

- Trên cơ sơ các phương trình đường cong đáy dầm và đường cong thay đổi chiều dày bản đáy lập được ở trên xác định được các kích thước cơ bản của từng mặt cắt dầm

- Đặc trưng hình học lấy từ chương trình MiDas 7.01

- Tĩnh tải giai đoạn I

Trọng lượng các đốt tính theo công thức: DC1 = V  

: Trọng lượng riêng của bê tông cốt thép = 2.5 T/m3

V: Thể tích khối đúc

(Chiều cao dầm thay đổi theo đường cong parabol nhưng để tính toán đơn giản ta giả thiết trong mỗi đoạn phân bố đều và có giá trị theo trị số trung bình của 2 tiết diện giữa đốt.)

- Tỉnh tải giai đoạn 2

Bao gồm: Lớp phủ phần xe chạy, lan can tay vịn

Lớp phủ mặt cầu :

- Bêtông asphalt dày 7cm trọng lượng = 70 x 0.000023 = 0.00161 N/mm2

- Lớp phòng nước dày 1cm trọng lượng = 10 x 0.000015= 0.00015

N/mm2

 Tổng cộng: DW= (0.00161 + 0.000015)×13500 = 21.9375 N/mm Lan can tay vịn lấy :

DCLC =7 N/mm (tính cho 1 phía)

 Sơ đồ tính toán

*Sơ đồ tính toán 1 :

Tất cả các đốt đúc hẫng đều hoàn thành và xe đúc chưa dở xuống

Khi đó tải tác dụng gồm có

DC :Trọng lượng bản thân dầm tính theo phân bố trung bình trong mỗi đốtđúc hẫng

CE :Trọng lượng xe đúc gồm

Biểu đồ momen và lực cắt được tính bằng Midas 7.01 như sau :

Biểu đồ momen

Biểu đồ lực cắt

Giá trị nội lực tại vị trí trụ sau khi tổ hợp

* Sơ đồ tính toán 2

Là sơ đồ sau khi tháo dở ván khuôn nhịp biên sau khi đã căng cáp họp longbiên và giải phóng liên kết tại trụ kê dầm lên gối ,xe đúc chưa kịp dở xuống Lúcnày tải trọng tác dụng lên bao gồm :

DCbt : Tải trọng bản thân khối đúc trên đà giáo và khối hợp long biên

Với khối đặc tại gối thì DC1=528.22N/mmVới khối rỗng tại hợp long biên thì DC2= 240.53N/mmCLL : Hoạt tải thi công phân bố trên chiều dài toàn bộ khối đà giáo và khốihợp long biện CLL = 6.816 N/mm

CE : Tải trọng của xe đúc chưa dở xuống ,coi như điểm tác dụng của xe đúctại vị trí giữa khối hợp long biên

Tổ hợp tải trọng được thực hiện như sau:

Biểu đồ momen và lực cắt được tính bằng Midas 7.01 như sau :

Biểu đồ momen

Biểu đồ lực cắt

Giá trị nội lực tại vị trí sau khi tổ hợp

*Sơ đồ tính toán 3

Là sơ đồ khi hợp long giữa nhưng khối bê tông chưa đủ cường độ Lúc nàytải trọng tác dụng lên bao gồm :

DCbt = 240.53×1000 = 240530 N (chia đôi trọng lượng cho 2 phần kếtcấu)

MDC = DCbt × 500 = 240530 × 500 = 120266354 Nmm (có momen dotrọng lượng lệch tâm của khối hợp long giữa )

CLL : Hoạt tải thi công phân bố trên chiều dài toàn bộ khối hợp long giữa taqui về tại vị trí cuối đốt 15

CLL = 6.816 N/mm ×1000 =6816 NMCLL = CLL × 500 = 6816 × 500 = 3408000 Nmm

CE : Tải trọng của xe đúc chưa dở xuống

CE = 1200000/2 = 600000 NMCE = 600000 × 500 = 30000000 NmmTổ hợp tải trọng được thực hiện như sau:

Biểu đồ momen và lực cắt được tính bằng Midas 7.01 như sau :

Biểu đồ momen

Biểu đồ lực cắt

Giá trị nội lực tại vị trí sau khi tổ hợp

*Sơ đồ tính toán 4

Là sơ đồ khi hợp long giữa đã thành cường độ Cáp hợp long giữa đã căng vàtháo xe đúc và ván khuôn ,tải trọng hoạt tải thi công Khi đó tải trọng tác dụnggồm :

CLL : Hoạt tải thi công phân bố trên chiều dài toàn bộ cầu theo chiều tháodỡ

CLL = 6.816 N/mm

CE : Tải trọng của xe đúc dỡ xuống

CE = 1200000/2 = 600000 N

Tổ hợp tải trọng được thực hiện như sau:

Biểu đồ momen và lực cắt được tính bằng Midas 7.01 như sau :

Biểu đồ momen

Biểu đồ lực cắt

Giá trị nội lực tại vị trí sau khi tổ hợp

* Sơ đồ tính toán 5

Là sơ đồ khi hợp long giữa đã thành cường độ Thi công xong lan can và lớpphủ và cho hoạt tải hoạt động (khai thác) Khi đó tải trọng tác dụng gồm :

Tĩnh tải giai đoạn 2:

DCLC : Tĩnh tải của lan can tác dụng lên cầu

DCLC = 7N/mm × 2 =14 N/mm

DW : Tĩnh tải lớp phủ phân bố theo phương dọc cầu là

DW = 21.9375 N/mmHoạt tải : Hoạt tải xe HL93 (LL) bao gồm :

Lµn thiÕt kÕ 3600 mm

Xe 2 trục

Tải trọng làn

Hệ số xung kích :

Tính mối nối bản mặt cầu IM=75%

Tính cho các cấu kiện khác :

Ơû trạng thái mỏi và đứt gãy IM=15%

Ơû trạng thái giới hạn khác IM=25%

Hệ số làn xe :

Khi xếp tải 1 làn xe : m=1.2Khi xếp tải 2 làn xe : m=1Khi xếp tải 3 làn xe : m=0.85Khi xếp tải >3 làn xe : m=0.65

Tổ hợp tải trọng được thực hiện như sau:

3 Tính toán trụ cầu

3.1 Các kích thước cơ bản của trụ cầu

Khoảng cách từ MNTT đến đỉnh bệ hn = 6.522m

Bề rộng HCN của trụ theo phương ngang cầu b2 =6.2m

Bề rộng bệ theo phương dọc cầu b3 = 13.2 m

Bề rộng thân trụ theo phương phương dọc cầu b4 = 3 m

Bề rộng bệ theo phương dọc cầu b5 = 10m

3.2 Tải trọng tác dụng

3.2.1. Tải trọng bản thân

Bệ trụ

DCb = xh2xb3xb5 = 24.5x3x10x13.2 = 9.32x103 KN

Thân trụ

DCtru = x(xb12 +b2xb4)xh1 = 5.437x103 KN

Tổng cộng

DC1 = DCb + DCtru =1.476x104 KN

3.2.2. Lực đẩy nổi ứng với MNTT

Lực đẩy nổi lên thân trụ WA = nxhn(xb12 +b2xb4) = 231.017 KN

3.2.3. Phản lực tại gối lên thân trụ

Phản lực gối do tỉnh tải phần 1 R1 = 2627 (T)

Phản lực gối do tĩnh tải phần 2 R2 = 251 (T)

Phản lực gối lớn nhất do hoạt tải RLL = 314 (T)

Tổng tải trọng tác dụng

N =1.25DC1 –WA +1.25R1 +1.5R2 +1.75Rll = 6.257x103 (T)

3.3 Tính toán số lượng cọc khoan nhồi

Chiều dài cọc khoan nhồi L = 56 m

3.3.1. Tính sức chụi tải của cọc theo vật liệu

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 39767.85 KN

3.3.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

R qp p qs s

Tính sức kháng mũi cọc:

Qp = qpxAp = 4.3x1.767 = 7.598x103 KNTính sức kháng thành bên cọc:

Qs = qsxAs = 8.35x103 KN Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

Chọn n = 12 cọc , bố trí thành 4 hàng theo phương dọc cầu

4 Tính toán mố

4.1 Các kích thước cơ bản của mố

4.2 Tải trọng tác dụng lên mố

Phản lực do tĩnh tải phần 1 R1 =336 (T)

Phản lực do tĩnh tải phần 2 R2 = 36 (T)

Tỉnh tải bản thân mố

Tổng cộng (P 1 ) 5645.66

Trọng lượng đất dắp lên mố

P2 = 1796 KN

Tải trọng hoạt tải

Lấy kết quả xếp 3 làn xe đúng tâm từ MiDas RLL =314 KN

Tổng lực tác dụng

N =1.25(DC1 + P1 +P2 ) +1.5R2 +1.75Rll = 14634.012 (KN)

4.3 Tính toán số lượng cọc khoan nhồi

Chiều dài cọc khoan nhồi L = 46 m

4.3.1. Tính sức chụi tải của cọc theo vật liệu

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 39767.85 KN

4.3.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

R qp p qs s

Tính sức kháng mũi cọc:

Qp = qpxAp = 0.057x32x1.767 = 2.827x103 KNTính sức kháng thành bên cọc:

Qs = qsxAs = 4.45x103 KN Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

R qp p qs s

Q  Q  Q = 7215.35 (KN)

Sức chịu tải tính toán của cọc:

Q = min(Qvl, QR) = 7215.35 (KN)

Tính toán sơ bộ số cọc theo công thức:

Gravity

N n

Chọn n = 6 cọc , bố trí thành 3 hàng theo phương dọc cầu

5 Dự kiến thi công

5.1 Thi công trụ T1

Bước 1: tạo mặt bằng thi công

- Làm hệ sàn đạo và khung dẫn hướng trên hệ nổi

- Tập kết vật liệu chuẩn bị khoan cọc

Bước 2: khoan cọc

- Định vị tim mố

- Dùng máy khoan sâu 50 cm để hạ ống vách

- Hạ ống vách bằng búa rung

- Dùng máy khoan và dung dịch bentonit khoan tới cao độ thiết kế

Bước 3: đổ bêtong

- Thổi rửa làm sạch hố khoan

- Lắp hạ lồng thép

- Đổ bêtong theo phương pháp ống rút thẳng đứng

- Đổ bêtông xong rút ống vách bằng cần cẩu

Bước 4: đóng cọc ván thép

- Dùng cần cẩu lắp đặt khung chống

- Dùng búa rung hạ cọc ván thép quanh khung chống tới cao độ TK

- Đào đất trong khung vây và hạ khung chống tới cao độ TK

- Liên kết khung chống với cọc ván thép để tiết tục đào đất tới cao độ TKBước 5: thi công bệ trụ

- Đập đầu cọc, vệ sinh hố móng

- Đổ bêtông lót

- Lắp đặt cốt thép, ván khuôn, thanh chống bệ trụ

- Đổ bê tông bệ trụ bằng vòi bơm bêtông

Bước 6: Thi công thân trụ

- Lắp đặt ván khuôn thân trụ, thanh chống, liên kết

- Đổ bê tông chia làm 3 đợt, đổ bêtong bằng vòi bơm bêtong

- Khi bêtong đạt cường độ tháo dỡ ván khuôn, nhổ cọc ván thép và các thiết

bị phụ tạm

5.2 Thi công mố

Bước 1: tạo mặt bằng thi công

- San ủi mặt bằng thi công mố

- Định vị tim bệ mố móng mố

- Vận chuyển vật tư, vật liệu đến công trường

Bước 2: thi công cọc

- Lắp đặt đưa máy khoan vào vị trí

- Khoan tạo lỗ cọc

- Lắp đặt ống dẫn, đặt lồng thép tiến hành đổ bê tông cọc khoan nhồi

Bước 3: đào hố móng

- Đào đất hố móng bằng máy xúc kết hợp thủ công

- Đào rãnh, hố tụ nước , hút cạn nước trong hố móng

- Đập đầu cọc, vệ sinh đầu cọc

Bước 4: thi công bệ mố

- Tạo phẳng hố móng và rải cát đệm

- Lắp đặt ván khuôn bệ mố, và lắp đặt cốt thép bệ

- Đổ bê tông bệ qua máng

- Tháo ván khuôn bệ mố

- Đổ đất hố móng đến cao độ đỉnh bệ

Bước 5: thi công thân mố

- Lắp đặt ván khuôn và cốt thép thân mố

- Đổ bêtong thân mố

- Lắp đặt ván khuôn và cốt thép tường cánh, đỉnh

- Đổ bêtong tường cánh và tường đỉnh

- Tháo ván khuôn khi đổ bêtong dù cường độ

- Đắp đất nón mố, thi công bản quá độ, đường dẫn đầu cầu và hoàn thiện mố

5.3 Thi công kết cấu nhịp chính

Bước 1: thi công khối đỉnh trụ K0

- Chuẩn bị vật tư, máy móc, thiết bị

- Dùng cẩu lắp dựng đà giáo mở rộng trụ

- Lắp ván khuôn, cốt thép khối K0 và các cấu kiện chôn sẵn

- Đổ bêtong khối K0

- Khi bêtong đạt cường độ tiến hành căng cáp khối K0

Bước 2: thi công các đốt hẫng tiếp theo

- Dùng cần cẩu lắp dựng xe đúc

- Lắp đặt ván khuôn, cốt thép và các cấu kiện chôn sằn của các khối

- Đổ bêtong khối

- Khi bêtong đạt cường độ tiến hành căng cáp DƯL khối

- Di chuyển xe đúc và các cấu kiện chôn sẵn của các đốt tiếp theo

Bước 3: Thi công đốt hợp long

- Hợp long biên sau đó hợp long giữa

- Di chuyển xe đúc vào vị trí và định vị xe đúc

- Điều chỉnh cao độ và độ lệch tâm theo phương ngang

- Lắp ván khuôn, cốt thép

- Đổ bêtong

- Khi bêtong đạt cường độ tiến hành căng cáp DƯL thớ dưới

Bước 4: Hoàn thiện

- Thi công lan can, lớp phủ, thoát nước, chiếu sáng

- Hoàn thiện toàn bộ cầu

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ

CẦU VÒM ỐNGTHÉP NHỒI BÊTÔNG

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN

1.1 Tiêu chuẩn thiết kế

- Hiện nay chưa có quy trình thiết kế riêng cho cầu vòm thép nhồi bêtông, vìvậy trong phạm vi đồ án này, sử dụng các tiêu chuẩn khác như ASSHTOLRFD, tiêu chuẩn châu Aâu Eurocode 4 1994 (EC4), và tiêu chuẩn CECS 28 -

90 (Trung Quốc)

 Cầu thiết kế theo dạng vĩnh cửu

 Thiết kế theo 22TCN272 – 05

 Tần suất lũ thiết kế 1 %

 Chương trình tính toán MIDAS/Civil 7.01

 Kết cấu nhịp chính : Dầm cứng – vòm mềm

1.2 Sơ đồ kết cấu

1.2.1. Kết cấu phần trên

-Sơ đồ bố trí chung toàn cầu : 2@33+96+2@33

Nhịp dẫn : dầm I 33 m căng trước

Nhịp chính : vòm ống thép nhồi bêtông có chiều dài 96mChiều cao đường tên : 19.2 m

Bề rộng phần xe chạy : 3x3.5 m

Bề rộng chân lan can : 0.5 m

Bề rộng phần chân vòm : 1.2 m

Bề rộng toàn cầu : B = 3x3.5 +2x(0.5+1.2)=13.9 m

-Tiêu chuẩn vật liệu

 Bê tông có

1.2.2. Kết cấu phần dưới

 Trụ chính sủ dụng trụ cột bê tông cốt thép đặt trên móng cọc khoan nhồi đườngkính 1.2m

 Mố : Dùng mố chữ U bê tông cốt thép đặt trên móng cọc khoan nhồi đường kính1.2 m

2 LỰA CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA NHỊP CHÍNH

2.1 Đường cong trục vòm

Việc lựa chọn đường tim vòm có ý nghĩa rất lớn trong khai thác, thông thườngcầu vòm thép nhồi bêtông hoặc các công trình cầu vòm khác thường chọn đườngcong tim vòm là đường cong parabol bậc 2 hoặc bậc 4 và đường cong dạng dâyxích Các đường cong này có đường cong áp lực khá trùng với đường cong tim vòm.Cầu vòm trong đồ án sử dụng đường cong parabol bậc 2 có phương trình như sau :

f : đường tên vòm

L : chiều dài nhịp, tỉ lệ f/L = 1/5

2.2 Đường tên vòm

Tham số quan trọng nhất là tỷ số giữa đường tên vòm f với nhịp vòm là l Tỷ số này càng nhỏ tức là vòm càng thoải thì lực đẩy ngang càng lớn và ngược lại thường dùng tỷ lệ

l  4 6

Chọn fl  15 f = 19.2 m

2.3 Lựa chọn tiết diện vòm và tính đặc trưng hình học của vòm

Mặt cắt ngang các cấu kiện:

Ta lần lượt tính các đặc trưng hình học của các cấu kiện, từ đó lấy các số liệu đặc trưng hình học để tính tóan

Vành vòm

Nhịp chính gồm 2 sườn vòm, mỗi sườn vòm được hàn từ 2 ống thép  x

12 mm và 2 tấm thép 552 x 12 mm, tạo thành mặt cắt ngang hình quả tạ cao 2200

mm Hai ống thép và khoan sườn được lấp đầy bêtong loại M500 qua 3 ống thông lên mặt trên sườn vòm Để ngăn 2 tấm thép nở hông khi đổ bêtong, các thanh thép

22 được đặt bên trong khoang sườn cách 600 mm dọc theo hướng trục vòm, 2 đầu

thanh hàn vào mặt trong 2 tấm thép sườn vòm Mặt cắt sườn vòm ở dưới chân vòm thay đổi thành mặt cắt hình chữ nhật với phần trên và dưới là 2 nữa hình tròn

Mặt cắt ngang vòm chính

Diện tích 2 ống thép  900 12mm  :

A=Ac+Asc=1.498+0.259= 1.7866 m2

Mômen quán tính của tiết diện đối với trục x:

Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:

Ix=I1+I2+I3+I4=0.1553+0.5697+5.75x10-3+0.929x10-4= 2.139 m4

Mômen quán tính của tiết diện đối với trục y:

Mômen quán tính của ống thép đã quy đổi sang bêtông:

Thanh giằng ngang vòm chính

Hai sườn vòm được liên kết với nhau nhờ 5 khung giằng và 2 dầm ngang chân vòm Giằng ngang là giàn có thanh mạ thượng và hạ là ống thép 700x12

mm, các thanh xiên x12 mm Thanh mạ thượng được hàn với ống thép trên của sườn vòm , thanh mạ hạ được hàn với ống thép phía dưới Sau khi lắp đặt, bêtong M500 được bơm vào 2 ống thép Oáng thép thanh xiên không nhồi bêtong

Mặt cắt ngang thanh giằng chắn gió

Diện tích mặt cắt: A=1.0205 m2

Mômen quán tính đối với trục x : Ix=0.3546 m4

Mômen quán tính đối với trục y: Iy=0.07125 m4

- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 1011 Pa

- Diện tích mặt cắt A = 0.2117 x10-2 m2

- Độ cứng EA = 2.1 x 1011 x 0.2117 x 10-2 = 4.4457 x108 KN

Thanh giằng 8 bó cáp, mỗi bó gồm 17 tao 15.2 mm

Có 8 bó cáp cường độ cao, tự chùng thấp làm việc như thanh giằng giữa 2chân vòm Mỗi bó được làm từ 17 tao 15.2mm ( 22 cường độ tiêu chuẩncủa thép Ryb = 1860 MPa, bên ngoải có phủ 1 lớp polythene mật độ cao

- Môđun đàn hồi E = 2.1 x 1011 Pa

- Diện tích mặt cắt A = 2.4678 x10-2 m2

- Độ cứng EA = 2.1 x 1011 x 2.467 x 10-2 = 5.08 x109 KN

Dầm ngang dự ứng lực

Mặt cắt dầm ngang giữa nhịp

Diện tích mặt cắt: A= 1.12 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.1339 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.1339 m4

Dầm dọc chính

Dầm dọc bằng BTCT đúc sẵn có chiều dài 4.2m và 4.251 m ( ở vị trí chân vòm ) Dầm dọc chính được nối vào 2 đầu dầm ngang Dầm dọc chính ngoài chức năng phân bố tải trọng còn phải định vị dầm ngang trong quá trình chịu tải

Mặt cắt dầm dọc biên

Diện tích mặt cắt: A= 0.75 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.14456 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.08309 m4

Dầm bản mặt cầu dầm T biên

Mặt cắt dầm biên bản mặt cầu

Diện tích mặt cắt: A= 0.1355 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.00156 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00373m4

Dầm T bản mặt cầu

Mặt cắt dầm T bản mặt cầu giữa nhịp

Diện tích mặt cắt: A= 0.1515 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.00148 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00431m4

Dầm T đầu nhịp

Mặt cắt dầm T bản mặt cầu đầu nhịp

Diện tích mặt cắt: A= 0.20109 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.00268 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.00729m4

Dầm ngang tại chân vòm:

Mặt cắt dầm ngang tại chân vòm

Diện tích mặt cắt: A= 1.585 m2

Mômen quán tính đối với trục x:Ix= 0.342 m4

Mômen quán tính đối với trục y:Iy= 0.211m4

Thép kết cấu

Thép kết cấu phù hợp với tiêu chuẩn ASTM 270 cấp 345W, hoặc tương đương cócác đặc trưng như sau :

- Hệ số giãn nở nhiệt 11.7x10-6 mm / mm / oC

- Giới hạn chảy fy = 345 MPa.

Bêtông

Cường độ chịu nén trụ tròn 28 ngày tuổi đối với :

- Bêtông nhồi vành vòm,dầm ngang f’c = 50 MPa

- Bêtông dầm ngang dầm dọc chính, chữ T f’c = 40 MPa

- Bêtông bản mặt cầu, tru, mố f’c = 30 MPa

Cáp treo và cáp giằng chân vòm

Cáp treo phù hợp tiêu chuẩn ASTM A421 / ASTM A421M, có các đặc trưng sau:

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng thấp)

Cáp giằng chân vòm phù hợp tiêu chuẩn ASTM A822 / ASTM A822M, có các đặctrưng sau:

- Giới hạn chảy fy = 0.9fs (cáp có độ tự chùng thấp)

Hộp cáp che chân vòm

3 Tính toán sơ bộ kết cấu nhịp

3.1 Tải trọng bản thân kết cấu

Trọng lượng bản thân kết cấu do MiDas tự tính

Trọng lượng phần 2

Trọng lượng hộp cáp che chân vòm

DCtb = 7.5 KN/mTrọng lượng lớp phủ

DW = 0.7x23 =16.1 KN/mHoạt tải

HL93 gồm 2 tổ hợp

1 Xe tải ( 35KN+145KN+35N) +tải trọng làn 9.3KN/m

2 Xe 2 trục (110+11.KN) +Tải trọng làn 9.3KN/mHệ số xung kích = (1+IM)/100

IM = 2.5%

Nội lực kết cấu:

Ta tiến hành mô hình hóa kết cấu bằng chương trình MiDas 7.01 Civil

3.2 Kiểm toán sơ bộ kết cấu nhịp

3.2.1. Chọn cáp căng chân vòm

Sơ đồ tính toán: vòm có 2 gối cố định, tính ra phản lực ngang lấy làm lực đẩy ngang tính toán để bố trí cáp căng chân vòm

Khai báo sơ đồ kết cấu trong MiDas xét tổ hợp tải trọng bản thân và hoạt tải để làm lực đẩy ngang tính toán

Nmax = 11429 KN

Thanh giằng gồm 8 bó cáp, mỗi bó 17 sợi 15.2 mm, cấp 270 có :

As = 21763.968 mm2fpu = 1860 MPaGiới hạn ứng suất ở trạng thái giới hạn sử dụng là

 = 0.4x1860= 744 MPa Ứng suất trong sợi cáp là:

3

11429 10

525.157MPa21763.968



Ta thấy :  = 525.157 MPa <  = 744 MPa  ĐẠT

3.2.2. Chọn cáp giằng

Lực căng lớn nhất trong thanh treo ở trạng thái giới hạn sủ dụng là

Nmax = 998 KNThanh treo gồm 55 sợi cáp có đường kính 7 mm, cấp 250 có

As = 2117 mm2fpu = 1670MPaGiới hạn ứng suất ở trạng thái giới hạn sử dụng: theo quy phạm thiết kế cầudây văng trên đường ôtô JTJ 027 – 96 (Trung Quốc) thì ứng suất căng kéo khôngđược lớn hơn ứng suất cho phép là 0.4Rb

b

0.4R

 

Trong đó :

 : ứng suất trong cáp

Rb : cường độ chịu kéo tiêu chuẩn (fpu)



Ta thấy :  = 471.5 MPa <  = 668 MPa  ĐẠT

4 Tính toán trụ cầu

4.1 Kích thước hình học của trụ T2:

Mặt chính trụ T2

Mặt bên trụ T2

4.2 Tải trọng tác dụng

Trọng lượng bản thân

Bệ trụ DCb = 24.5x2.5x8.3x16.4 =8337.35 KNThân trụ DCt = 24.5x2x13.9x11.5 =7832.65 KNMũ trụ DCm = 24.5x2.575x13.9x3 =2012.78 KNLực đẩy nổi tác dụng lên trụ WA = 1x2x13.9x7.4 = 205.72 KNPhản lực tại gối do tĩnh tải phần 1 R1 = 16534 KN

Phản lực tại gối do tĩnh tải phần 2 R2 =1074.2 KN

Phản lực tại gối do hoạt tải RLL =1068.3 KN

Tổng tải trọng tác dụng lên trụ

N =1.25(DCb +DCt +DCm +R1) +1.5R2 +1.75RLL –WA = 46670.955 KN

4.3 Tính toán số lượng cọc

Chiều dài cọc khoan nhồi L = 60 m

4.3.1. Tính sức chụi tải của cọc theo vật liệu

Đường kính cọc thiết kế D 1.2 m

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 26789.93 KN

4.3.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

R qp p qs s

Tính sức kháng mũi cọc:

Qp = qpxAp = 4.3x1.13 = 4.859x103 KNTính sức kháng thành bên cọc:

Qs = qsxAs = 8.305x103 KN Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

5 Tính toán mố cầu

5.1 Kích thước hình học của mố cầu

Mố được lựa chọn thiết kế là mố chữ U

Phản lực do tĩnh tải phần 1 DC1 =235.4 (T)

Phản lực do tĩnh tải phần 2 DC2 = 15.56 (T)

Tỉnh tải bản thân mố

Tổng cộng (P 1 ) 5287.01

Trọng lượng đất dắp lên mố

P2 = 2014.6 KN

Tải trọng hoạt tải

Lấy kết quả xếp 3 làn xe đúng tâm ta có RLL =297.012 KN

Tổng lực tác dụng

N =1.25(DC1 + P1 +P2 ) +1.5R2 +1.75Rll = 9966.125 (KN)

5.2 Tính toán số lượng cọc

Chiều dài cọc khoan nhồi L = 46 m

5.2.1. Tính sức chụi tải của cọc theo vật liệu

Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Qvl 26789.93 KN

5.2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo đất nền

R qp p qs s

Tính sức kháng mũi cọc:

Qp = qpxAp = 0.057x32x1.13 = 2.061x103 KNTính sức kháng thành bên cọc:

Qs = qsxAs = 4.45x103 KN Sức chịu tải của cọc theo đất nền:

R qp p qs s

Q  Q  Q = 4897.46 (KN)

Sức chịu tải tính toán của cọc:

Q = min(Qvl, QR) = 4897.46(KN)

Tính toán sơ bộ số cọc theo công thức:

Gravity

N n

Chọn n = 6 cọc , bố trí thành 3 hàng theo phương dọc cầu

6 Sơ bộ thi công

6.1 Thi công kết cấu nhịp chính

Bước 1: cẩu lắp sườn vòm, dựng trụ tạm

- Cẩu trên xà lan lắp chân vòm và hàn tạm với trụ cầu

- Dựng trụ tạm và, thử tải trụ tạm

- Cẩu trên xà lam lắp 4 đoạn biên, hàn tạm với trụ tạm và chân vòm

- Cẩu trên xà lan 2 đoạn giữa, hàn tạm

- Điều chỉnh nội lực và hà chụi lực

- Cẩu lắp giằng ngang và hàn tạm

- Hàn chụi lực giằng ngang

Bước 2: căng cáp đổ bêtong sườn vòm

- Luồn cáp chân vòm qua sông