đồ án tốt nghiệp thiết kế trụ cầu

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 t

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

- Bê tông:

c

f  MPa và E c 0.043*1.5c * f c' 0, 043* 2500 * 30 29440 (1,5  MPa)

- 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:

32101.410.169*2410 1.039.706*305 40,8* 3.834.102.860

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:

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 sauđây 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:

Tandem+Lane = V Tandem V Lane 218350 331855 550205   N

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 gâyhiệu 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 phươngdọc 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

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:

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:

II.2.5 - Tải trọng tính mỏi

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

+ Phản lực do xe truck tính mỏi:

   

145000* 1,01 0,753 35000*0,887 277505

TRuckM

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 bộhành xếp 1 bên trên 2 nhịp thì ta có phản lực tại các gối do hoạt tải sinh ra là:

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

PL tru

664.009.620

332.004.810 2

Lane tru

 

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)

(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 cắttính trụ (vị trí tim chân 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:

(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

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:

x - là khoảng cách hai tim gối thứ i theo quy tắc đánh số đối xứng

kể từ trục chính giữa mặt cắt ngang cầu

+ Tải trọng gió tác dụng lên xe gây ra mômen và lực cắt tại mặt cắt tính xà mũ(nách xà mũ) là:

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:

2, 45

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

1 1

x - là khoảng cách hai tim gối thứ i theo quy tắc đánh số đối xứng

kể từ trục chính giữa mặt cắt ngang cầu

Trong đó: H = 10185 mm là chiều cao chân trụ đến trọng tâm hứng gió

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

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:

Trong đó: b = 1000 mm là chiều rộng thân trụ

+ Mômen không hệ số do áp lực dòng chảy tác dụng lên trụ gây ra tại mặt cắtchân 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 củađường 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 ngangcầu) 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:

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 tảitrọng này bao gồm tĩnh tải, hoạt tải (PL+Lane+Truck) không xét gió.Các hệ số tổhợp lấy như sau:

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

- 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 nàybao gồm tĩnh tải, hoạt tải (PL+Lane+Truck), xét gió với vận tốc 25m/s Các hệ số tổhợp lấy như sau:

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

- 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

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 nàybao gồm tĩnh tải, hoạt tải (PL+Lane+Truck), xét gió với vận tốc 25m/s Các hệ số tổhợp 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

III.3 - THIẾT KẾ THÉP DỌC CHO XÀ MŨ

+ Mômen thiết kế thép ở TTGHCĐ lấy giá trị lớn nhất trong hai TTGHCĐ I vàTTGHCĐ III Mô men thiết kế thép: M u M xamu I 6.528.980.636N mm. 

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

Chọn ds = 1500 mm

c s

30 0,03* * * 0,03*1360*1600* 5365

365

c s

III.4 - THIẾT KẾ THÉP ĐAI CHO XÀ MŨ

+ Lực cắt thiết kế thép đai ở TTGHCĐ: V s V xamu I 4.708.186 N

+ Cánh tay đòn dv giữa tổng hợp lực nén và tổng hợp lực kéo khi uốn

 

4.708.186

2,7 0,9*1300*1430

  và hệ số  2 Với bê tông cốt thép thường, để đơn giản khi thiết kế lực cắt

ta chọn trường hợp này để tính bước thép đai thiết kế

+ Khả năng chịu cắt của bêtông:

u

u V

III.5 - KIỂM TOÁN NỨT CHO XÀ MŨ

+ Mômen kiểm tra nứt ở TTGHSD: M s M xamu III 4.887.702.563N mm. 

+ Tiết diện kiểm tra: bxh = 1360 x 1600 (mm)

III.6 - KIỂM TRA MỎI CHO XÀ MŨ

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

xm

w min DC D 3.834.102.860

3.834.102.860 200000

178.829.585.000 29440

s s

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

trọng 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)

TH4: 2 làn xếp trên 1 nhịp cầu, tải bộ hành xếp 2 bên trên 1 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:  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 dùng cho tải trọng nước: WA 1.+ Công thức tổ hợp nội lực tổng quát:

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

kết quả theo bảng sau:

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

Cắt ngang cầu Hy (N)

ey (mm)

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

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

ey (mm)

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

ey (mm)

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:  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

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

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

kết quả theo bảng 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)

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

Loại tải

Cắt ngang cầu

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

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

ey (mm)

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

ey (mm)

Ghi chú:

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:

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

kết quả theo bảng sau:

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

ey (mm)

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)

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

ey (mm)

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

ey (mm)

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 thànhhình chữ nhật như trên hình Khi xét uốn đơn trục quanh trục X ta chỉ xét cốt théptrong 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)

IV.2.2 - Kiểm toán nén uốn hai phương

IV.2.2.1 - Công thức kiểm toán

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

Prxy - Sức kháng dọc trục tính toán khi uốn 2 phương

Prx - Sức kháng dọc trục tính toán xác định trên cơ sở chỉ tồn tại độ lệchtâm ey

Pry - Sức kháng dọc trục tính toán xác định trên cơ sở chỉ tồn tại độ lệchtâm ex

IV.2.2.2 - Xác định khả năng chịu lực của trụ khi chịu nén và uốn 2 phương.

IV.2.2.2.1- Trường hợp phá hoại cân bằng.

a) Uốn 1 phương quanh trục X:

+ Xác định sức kháng dọc trục tính toán của trụ trên cơ sở chỉ tồn tại độ lệch tâm

ey (nén uốn 1 phương quanh trục X) trong trường hợp phá hoại cân bằng với cácđặc trưng tính toán như sau:

+ Chiều rộng tiết diện: b = 1000 mm

+ Chiều cao tiết diện: h = 3385 mm

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

- chiều dài không giằng của trụ: Lu = 8960 mm

- Hệ số chiều dài tính toán: K = 2

- Mômen quán tính của mặt cắt nguyên bê tông:

- Hệ số khuyếch đại mômen:  2b   2s  1

+ Chiều cao bê tông vùng nén trong trường hợp phá hoại cân bằng:

 

2042,5 / 0,003 365 / 200000

s u s u b

7 0,84

n y

+ Xác định sức kháng dọc trục tính toán của trụ trên cơ sở chỉ tồn tại độ lệch tâm

ex (nén uốn 1 phương quanh trục Y) trong trường hợp phá hoại cân bằng với cácđặc trưng tính toán như sau:

+ Chiều rộng tiết diện: b = 3385 mm

+ Chiều cao tiết diện: h = 1000 mm

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

- chiều dài không giằng của trụ: Lu = 8960 mm

- Hệ số chiều dài tính toán: K = 2

- Mômen quán tính của mặt cắt nguyên bê tông: