Bài tập lớn mố trụ cầu

CHỌN PHƯƠNG ÁN MỐ VÀ KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CỦA MỐ...4 III... CHỌN PHƯƠNG ÁN MỐ VÀ KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CỦA MỐ - Chọn phương án mố chữ U bằng bê tơng cốt thép.. - Các kích thước sơ bộ của nĩn mố,

KHOA CÔNG TRÌNH - 

 -BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC:

GVHD: ThS VÕ VĨNH BẢO SVTH: NGUYỄN QUANG ĐẠI LỚP: CD04A

MSSV: CD04016

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2007.

Mục lục:

I SỐ LIỆU ĐỀ BÀI 4

II CHỌN PHƯƠNG ÁN MỐ VÀ KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CỦA MỐ 4

III TÍNH TOÁN CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ 5

III.1 TĨNH TẢI 5

III.1.1 Tải trọng kết cấu nhịp 5

III.1.2 Tải trọng lớp phủ 5

III.1.3 Tải trọng bản thân mố 5

III.2 HOẠT TẢI HL-93 VÀ NGƯỜI (PL) 6

III.3 L ỰC HÃM XE, LỰC XUNG KÍCH 6

III.3.1 Lực hãm xe 6

III.3.2 Lực xung kích (1+IM) 6

III.4 ÁP LỰC ĐẤT ĐẮP VÀ ÁP LỰC NGANG GIA TĂNG DO HOẠT TẢI TRÊN LĂNG THỂ TRƯỢT 7

III.4.1 Áp lực đất, EH 7

III.4.2 Áp lực đất do hoạt tải chất thêm, LS 8

IV LẬP TỔ HỢP TẢI TRỌNG 9

IV.1 KIỂM TOÁN LỰC NÉN 9

IV.2 KIỂM TOÁN MÔMEN 10

V XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MÓNG MỐ 11

VI KIỂM TRA ỔN ĐỊNH LẬT VÀ TRƯỢT CỦA MỐ 11

VI.1 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH LẬT 11

VI.2 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TRƯỢT 12

I. SỐ LIỆU ĐỀ BÀI

- Chiều dài nhịp: 20 m

- Loại kết cấu nhịp : Dầm đơn giản

- Trọng lượng kết cấu nhịp : 2.5 T/m2

- Trọng lượng lớp phủ và các tiện ích bằng 7% trọng lượng kết cấu nhịp

- Bề rộng mặt cầu : 10 + 2 x 1 mét

- Hoạt tải xe thiết kế : HL – 93

- Chiều cao mố : 3 m ( từ mặt đất đến đỉnh mũ mố)

- Chiều cao đất đắp : 4 m ( tính từ mặt đất tự nhiên đến đáy kết cấu áo đường)

- Đất đắp nĩn mố là loại cát hạt thơ, γ =1.90 T m/ 3, ϕ=29 o

- Kết cấu áo đường sau mố dày 0.5 m

- Loại mĩng : mĩng nơng

- Chiều sâu chơn mĩng : 5 m

- Địa chất tại vị trí đặt mố : 1 lớp sét pha, trạng thái nửa cứng

- Loại gối cầu : Cố định

- Mực nước tính tốn : - 3 m (Cao độ 0.00 giả định tại mặt đất tự nhiên)

II. CHỌN PHƯƠNG ÁN MỐ VÀ KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CỦA MỐ

- Chọn phương án mố chữ U bằng bê tơng cốt thép

- Các kích thước sơ bộ của nĩn mố, thân mố, tường cánh, mĩng mố chọn sơ bộ như hình dưới đây

MẶT BẰNG MỐ

MẶT BÊN MỐ

III. TÍNH TỐN CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MỐ

III.1 TĨNH TẢI

III.1.1 Tải trọng kết cấu nhịp

20*(10 2*1)*2.5

2

DC= +

→ DC = 300 T

III.1.2 Tải trọng lớp phủ

DW = 7%*DC = 0.07*300

→ DW= 31 T

III.1.3 Tải trọng bản thân mố

III.1.3.1 Tải trọng tường cánh

1

(4*4.5*0.3)

2

III.1.3.2 Tải trọng tường đỉnh

III.1.3.3 Tải trọng tường thân mố

III.1.3.4 Tải trọng mố

m

DC =DC +DC +DC = + +

→ DCm = 231.7 T

III.1.3.5 Tải trọng móng mố

4 2.5*(6.5* 2*12) 390 ( )

III.2 HOẠT TẢI HL-93 VÀ NGƯỜI (PL)

Đường ảnh hưởng tổng phản lực gối tại mố

- Xét cho hai làn chất tải:

+) Tổng phản lực tại đỉnh mũ mố do hoạt tải xe ba trục gây ra:

LL3trục = 2*[145*(1.031+0.816)+35*0.601] = 288.85 (KN)

→ LL3trục = 28.89 (T)

+) Tổng phản lực tại đỉnh mũ mố do hoạt tải làn gây ra:

LLlàn = 2* 20600*1.03*9.3 197327.4 ( )

→ LLlàn = 19.73 T

+) Tổng phản lực tại đỉnh mố do hoạt tải người gây ra là:

Hoạt tải người trên lề bộ hành là 3.1*10-3 MPa = 3.1*10-3 N/mm2

3

20600*1.03

2

→ PL = 6.58 T

III.3 LỰC HÃM XE, LỰC XUNG KÍCH

III.3.1 Lực hãm xe

- Lực hãm xe lấy bằng 25% tổng tải trọng xe tải xếp trên cầu

- Khi hai làn xếp tải ta có:

BR = 2*[0.25*(145+145+35)] = 162.5 (KN)

→ BR = 16.3 (T)

III.3.2 Lực xung kích (1+IM)

(1+IM) = 1+25% = 1.25

III.4 ÁP LỰC ĐẤT ĐẮP VÀ ÁP LỰC NGANG GIA TĂNG DO HOẠT TẢI TRÊN LĂNG THỂ TRƯỢT

III.4.1 Áp lực đất, EH

LS

EH 1

EH 2

EH 3

EH 6

LS xetai

LS lan

III.4.1.1 Áp lực đất chủ động

- Để đơn giản ta coi như lớp kết cấu áo đường sau mố có cùng trọng lượng riêng với đất đắp

- Góc mặt trượt chủ động của lớp đất tự nhiên:

20

o

II

ϕ

II

ω =

- Góc mặt trượt chủ động của lớp đất đắp:

29

o

- Lăng thể trượt được vẽ như trên hình

- Áp lực ngang chủ động của đất tác dụng lên tường thân mố gồm hai thành phần được chia làm hai biểu đồ EHa’ và EHa,c (do lực dính) như hình vẽ Ta chia nhỏ biểu

đồ áp lực đất ra để tính như sau:

EH = γ H K B=

Trong đó :

1

29

o

a

1 0.347

a

K =

→ EH1 =74.77 ( )T

→ e1 = 4.5 m

*) EH2 =γ *H K1* a2*H2*B=1.9*4.5*0.49*3*11.2

Trong đó :

2

20

o

a

a

K =

→ EH2 =140.77 ( )T .

H

=

→ e2 = 1.5 m.

EH = γ H K B=

→ EH3 =44.45 ( )T .

Điểm đặt cách mặt móng mố là e3 = 1/3*H2 = 3000/3

→ e3 = 1 m

*) Áp lực đất chủ động do thành phần lực dính của lớp đất nền tác dụng lên tường mố là:

EH = − c K H B= −

→ EH4 = −32.46 ( )T .

*) Áp lực đất chủ động tổng cộng tác dụng lên tường mố là:

a

EH =EH +EH +EH −EH = + + −

→ EH a =227.53 ( )T

Điểm đặt trên mặt móng mố một đoạn là

1* 1 2* 2 3* 3 4* 4

74.77*4.5 140.77*1.5 44.45*1 32.46*1.5

227.53

a

a

EH e EH e EH e EH e

e

EH

=

=

→ ea =2.4( )m

III.4.1.2 Áp lực đất bị động

- Áp lực đất bị động tác dụng lên tường mố là tồng hợp hai biểu đồ EHp’ và EHp,c

(do lực dính)là:

p

EH =EH +EH = +

Trong đó:

o

p

p

K =

EH = γ H K B=

→ EH5 =185.07( )T

Điểm đặt cách mặt móng mố là e5 = 3000/3 → e5 = 1 m

EH = c K H B=

→ EH6 =66.23 ( )T

Điểm đặt cách mặt móng mố là e6 = 3000/2 → e6 = 1.5 m

→ EH p =251.3 ( )T

p

e

EH

→ e p =1.13( )m .

III.4.2 Áp lực đất do hoạt tải chất thêm, LS

- Xem hình trong mục III.4.1

- Áp lực đất do hoạt tải chất thêm do tải trọng xe 3 trục và tải trọng làn gây ra

III.4.2.1 Áp lực đất gia tăng do xe ba trục

- Chiều dài tiếp xúc vệt bánh xe trên mặt đường:

L= − γ +IM P= −

→ L = 312 mm

Trong đó:

1.75

(1+IM) = 1.25 – Xung kích

P = 72500 N cho xe tải thiết kế

- Chiều dài diện tích truyền lực trên mặt đất đắp:

Ld = L + 2*had = 312 + 2*500

→ Ld = 1312 (mm)

- Áp lực do tải trọng trục của hoạt tải xe 3 trục (2 làn chất tải) gây ra trên mặt đất đắp theo phương dọc cầu là:

1312

tr

q = → qtr = 221 N/mm

- Áp lực đất gia tăng tác dụng lên tường thân mố do hoạt tải xe ba trục là:

4 1

- Điểm đặt cách mặt trên móng mố là eLS1 = 5.646 m

III.4.2.2 Áp lực đất gia tăng do xe hoạt tải làn

- Áp lực do tải trọng làn (2 làn chất tải) gây ra trên mặt đất đắp theo phương dọc cầu là:

q lan =9.3*2 18.6 ( /= N mm).

- Áp lực đất gia tăng tác dụng lên tường thân mố do hoạt tải làn là:

4

(29043.9 27342)*10

lan

29043.9*5250 27342*1500 29043.9 27342

ls

+

→ eLS2 = 3.432 m

IV. LẬP TỔ HỢP TẢI TRỌNG

IV.1 KIỂM TOÁN LỰC NÉN

- Tổ hợp tải trọng để kiểm toán lực nén cho mặt cắt nguy hiểm tại đỉnh tường thân

mố theo trạng thái giới hạn cường độ 1:

DC w. LL.(1 ) truc LL lan PL

N =η DCγ +D γ +mγ +IM LL +mγ LL +γ PL

- Trong đó:

1.25

DC

γ =

w 1.5

D

γ =

1.75

LL

γ =

(1+IM) (1 0.25) 1.25= + =

m = 1 (hai làn xe xếp tải)

1.75

PL

γ =

Các giá trị lực xem các phần trước, được tổng hợp lại trong bảng sau:

- Kết quả tính toán:

N = 300*1.25+31*1.5+1.75*1.25*28.89+1.75*19.73+1.75*6.58

→ N = 530.739 (T)

IV.2 KIỂM TOÁN MÔMEN

- Do gối cầu nằm tại tâm tường thân mố nên tất cả các tải trọng thẳng đứng truyền xuống từ kết cấu nhịp thông qua gối cầu không gây ra mô men cho tường thân mố

- Tổ hợp tải trọng để kiểm toán mômen tại mặt cắt chân tường thân mố ở trạng thái giới hạn cường độ 1 được cặp nội lực (Lực dọc, mômen):

*) Trường hợp 1:

N =η DCγ +D γ +DC γ +mγ LL +γ PL

1 EH a a a EH p p p LS xetai LS1 LS lan LS2

M =η γ EH e −γ EH e +mγ LS e +γ LS e 

1 EH a a EH p p LS xetai LS lan

H =η γ EH −γ EH +mγ LS +γ LS 

(Xe tải thiết kế đặt trên lăng thể trượt sau mố)

*) Trường hợp 2:

N =η DCγ +D γ +DC γ +mγ +IM LL +mγ LL +γ PL

BR BR EH a a EH p p LS lan LS

M =η mγ BR d +γ EH e −γ EH e +γ LS e 

BR EH a EH p LS lan

H =η mγ BR+γ EH −γ EH +γ LS 

(Xe tải thiết kế đặt trên kết cấu nhịp)

- Trong đó:

w 1.5

D

1.75

BR

0.9

p

EH

(1+IM) (1 0.25) 1.25= + =

m = 1 (hai làn xe xếp tải)

1.75

PL

γ =

dBR = 6 mét là cánh tay đòn của lực hãm xe

a

e =2.4( )m ;e p =1.13( )m ; eLS1 = 5.646 m ; eLS2 = 3.432 m.

Các giá trị lực xem các phần trước, được tổng hợp lại trong bảng sau:

LL3truc (T) 28.89 - 1.75

LSxetai (T) 20.77 5.646 1.75

- Tính toán cho các trường hợp:

*) TH1:

1 1

1

N M

H





→

1

1

1

757.17 ( ) 802.54 ( ) 161.34 ( )

=







*) TH2:

2

2

2

N

M

H





→

2

2

2

820.37 ( ) 904.99 ( ) 153.52 ( )

=







V. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC MÓNG MỐ

- Kích thước móng mố chọn sơ bộ như hình ở phần II

VI. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH LẬT VÀ TRƯỢT CỦA MỐ

VI.1 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH LẬT

- Tổ hợp tải trọng kiểm toán ổn định lật tại điểm lật là góc móng:

*) TH1: tổ hợp như trường hợp 1 của mục IV.2

Hệ số ổn định:

1 4

*3.5 *3.25 757.17 *3.5 390*3.25

3.6 1.5

*2 802.54 161.34*2

N DC

K

M H

(Kết quả sử dụng mục IV.2; DC4 là trọng lượng móng mố)

*) TH1: tổ hợp như trường hợp 2 của mục IV.2

Hệ số ổn định:

*3.5 *3.25 820.37*3.5 390*3.25

3.4 1.5

*2 904.99 153.52*2

N DC

K

M H

(Kết quả sử dụng mục IV.2; DC4 là trọng lượng móng mố)

- Kết luận: Mố đạt điều kiện ổn định.

VI.2 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TRƯỢT

- Điều kiện ổn định trượt là lực ma sát dưới đáy móng lớn hơn lực ngang tác dụng

- Tổ hợp nội lực kiểm toán trượt :

N f ≤

Trong đó :

m = 0.8 và hệ số ma sát f = 0.3 với đất sét pha cát

Trong các trường hợp tổ hợp tải trọng bất lợi nhất ở mục IV.2 ta lấy TH1, có:

H = H1 = 161.34 (T)

N = N1 + DC4 = 757.17 + 390 = 1147.17 (T)

(DC4 là trọng lượng móng mố)

H

m

N f = = ≤ = → Đạt.