Đồ án tốt nghiệp Xây dựng cầu liên tục BTCT dự ứng lực thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG 1.1.1 Lịch sử phát triển Trong số rất nhiều công nghệ thi công cầu BTCT, công nghệ thi công hẫng nổi lên với nhiều ưu điểm và được áp dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Từ 1977, phương pháp đúc hẫng và lắp hẫng đã được áp dụng để thi công một số cây cầu ở nước ta: Cầu Phú Lương, cầu Tiên Cựu (Hải Phòng), cầu Lạc Quần ( Nam Định ),gần đây có cầu Thanh Trì va Vĩnh Tuy bắc qua sông Hồng ở Hà Nội,… 1.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng • Phương pháp đúc hẫng là quá trình xây dựng kết cấu nhịp dần từng đốt theo sơ đồ hẫng cho tới khi nối liền thành kết cấu nhịp hoàn chỉnh. • CÓ thể thi công hẫng từ trụ đối xứng ra 2 phía ( gọi là đúc hẫng cân bằng ) hoặc thi công hẫng dần từ bờ ra. • Ưu điểm nổi bật của loại cầu này là việc đúc hẫng từng đốt dầm trên đà giáo, giảm được chi phí đà giáo. Mặt khác đối với các dầm có chiều cao mặt cắt thay đổi thì chỉ việc điều chỉnh cao độ ván khuôn. Phương pháp thi công hẫng không phụ thuộc vào điều kiện sông nước và không gian dưới cầu…Loại cầu này thường sử dụng cho các loại nhịp từ 60 – 150m và có thể lớn hơn nữa. • Ở nước ta, nhiều cầu BTCT DƯL thi công hẫng đã xây dựng như cầu Phù Đổng, cầu Non Nước, cầu Hòa Bình, cầu Tân Đệ, cầu Yên Lệnh, cầu Hạ Hòa, cầu Ngọc Tháp,… • Từ các phân tích trên, ta lựa chọn phương án cầu liên tục BTCT dự ứng lực thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng. 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN 1.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế Cầu được thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 và tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô TCVN 4054 – 05. 1.2.2 Điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng cầu a. Đặc điểm về kinh tế - xã hội • Cầu nằm trên đường liên tỉnh, nối liền Hà Nội với Hưng Yên. b. Đặc điểm về thủy lực – thủy văn Điều kiện thủy văn ít thay đổi: • MNCN: + 7,05 m. • MNTT: + 3,25 m. • MNTN: + 0,64 m. c. Đặc điểm về địa hình – địa chất Đặc điểm địa chất: Dựa vào hồ sơ khảo sát địa chất được thực hiện bởi Công Ty Tư Vấn Triển Khai Công Nghệ và Xây Dựng Mỏ Địa Chất (CODECO), địa chất tại vị trí cầu được tóm tắt và trình bày trong (Bảng 2.2.) Bảng 2.2 : Nền đất : Lớp đất Ký hiệu Cao độ Chiều dày Mô tả N30 Hố khoan 1 1a Đất mặt 0.4 - 0.6m TB = 0.47m Sét pha với dễ thực vật - Tất cả các hố khoan trừ LC4, LC5 2 1b Đáy sông TB = 1.00m Bùn sét , màu xám đen - LC4, LC5 3 2 0.4m – 0.6m 1.3 – 7.2m TB = 2.33m Sét, màu nâu vàng , trạng thái dẻo cứng 4 - 9 TB = 6 Tất cả hố khoan trừ LC4 & LC5 4 3 1.0m – 7.8m 1.5 – 9.0m TB = 4.13m Sét , màu xám và xám đen , lẫn ít hưu cơ , trạng thái dẻo cháy 1-6 TB = 2 Tất cả hố khoan 5 4 2.5m – 8.0m 1.0 – 10.5m TB = 4.94m Sét ,màu xám , trắng ,xám xanh , xám vàng , dẻo mèn đén dẻo cứng 5 - 18 TB = 10 Tất cả hố khoan trừ TC2, LC3, TC4, LC8 6 5 5.8m - 12.8m 2.8 – 7.9m TB = 5.86m Sét pha, màu nâu, nâu đỏ, xám vàng, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng. 6 – 18 TB = 13 Tất cả hố khoan trừ TC1, TC3,LC1, LC2, LC3. 7 6 12.6m – 16.6m 0.9 – 4.2m TB = 2.17m Sét pha lẫn cát, màu xám vàng, vàng,trạng thái dẻo mềm 5 – 22 TB = 11 LD1, LC1, LC6, LC7, LC8, TC3, TC4 8 7 14.0m – 17.4m 4.0 – 5.5m TB = 4.87m Cát hạt trung lẫn sét pha, màu xám vàng, nâu vàng, trạng thái xốp 6 -11 TB = 8 TC1, LC7, LC8. 9 8 9.8m – 22.5m 5.3m Cát hạt nhỏ - trung, xám vàng, lẫn ít sỏi sạn, trạng thái chặt vừa. 9 – 52 TB = 19 Tất cả hố khoan. 10 9 19.0m – 34.8m 16 – 11m TB = 4.88m Cát bụi, cát hạt trung, màu xám vàng, nâu vàng, xen kẹp sét pha, trạng thái chặt vừa. 13 – 33 TB = 22 Tất cả hố khoan trừ LD1, TC1, TC3, LC8. 11 10 25m – 43.6m 9.18m Cát hạt trung màu xám vàng, lẫn sỏi sạn, trạng thái chặt vừa. 13 – 67 TB = 28 Tất cả hố khoan trừ LD1, TC1, TC3. 12 11 40.8m – 50.5m 10.78m Sỏi cuộn lẫn cát màu xám vàng, xám xanh, xám trắng, trạng thái rất chặt. 21 – 105 TB = 71 Tất cả hố khoan trừ LD1, TC1, TC2, TC3, TC4. 1.2.3 Sơ đồ kết cấu a. Kết cấu phần trên cầu Bê Tông dự ứng lực thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng. • Nhịp chính: + Dầm liên tục 3 nhịp 70 + 100 + 70m thi công đúc hẫng cân bằng. + Chiều cao hộp trên đỉnh trụ, h = 5,880 m. + Chiều cao hộp tại mặt cắt giữa nhịp, h = 2,5m. + Cao độ đáy dầm thay đổi theo đường cong Parabol. • Nhịp dẫn: 6 nhịp 33m. b. Kết cấu phần dưới • Trụ cầu: + Dùng loại trụ thân đặc BTCT thường đổ tại chỗ + Dùng móng cọc khoan nhồi đổ tại chỗ, đường kính :1.5 m. • Mố cầu: + Mố chữ U bê tông cốt thép. + Dùng móng cọc khoan nhồi đổ tại chỗ, đường kính :1.5 m. 1.3 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 1.3.1 Khổ cầu • Bề rộng phàn xe chạy: Bxe = 2 x 3,75 m • Bề rộng làn người bộ hành: bng = 2 x 1,75 m • Bề rộng chân lan can: blc = 2 x 0,5 m  Bề rộng toàn cầu: B = 2 x 3,75 + 2 x 1,75 + 2 x 0,5 = 12 m 1.3.2 Khổ thông thuyền • Tĩnh không thông thuyền : H = 3,5 m • Chiều rộng khổ thông thuyền : B = 25m 1.3.3 Tải trọng thiết kế • Tải trọng thiết kế : HL 93 • Tải trọng người : 3kN/m 2 1.3.4 Các yếu tố hình học của cầu • Trên mặt bằng cầu nằm trên đường thẳng. • Trên mặt đứng cầu nằm trên đường cong tròn, bán kính R = 5000 m, độ dốc dọc cầu dẫn i d = 3%. • Độ dốc theo phương ngang cầu i n = 2%. 1.3.5 Vật liệu thiết kế a. Kết cấu phần trên • Bê tông dầm: + Bê tông có cường độ chịu nén : f’ c = 40 MPa. + Trọng lượng riêng của bê tông : γ c = 25kN/m 3 . • Cốt thép cường độ cao: + Theo tiêu chuẩn ASTM A416M – Grade 270 của hãng VSL. + Đường kính danh định 1 tao: 15.2mm. + Mặt cắt danh định: A ps = 1,41cm 2 + Cường độ chịu kéo: f pu = 1860MPa. + Cường độ chảy: f py = 1670MPa. + Mô đun đàn hồi: E ps = 197000MPa. + Hệ số ma sát: µ = 0.2 + Hệ số ma sắt lắc trên 1mm chiều dài bó cáp: K = 6.6x10 -7 (mm -1 ). • Cốt thép thường: + Theo tiêu chuẩn ASTM 706M. + Giới hạn chảy f y = 420MPa. + Mô đun đàn hồi E s = 2x10 8 MPa. • Cấu tạo lớp phủ mặt cầu STT Cấu tạo Chiều dày (m) γ a (kN/m 3 ) P (kN/m 2 ) 1 Lớp bêtông Asphalt 0.070 23 1.61 2 Lớp phòng nước 0.004 15 0.06 Tổng 0.074 1.67 b. Kết cấu phần dưới • Bê tông : + Bê tông có cường độ chịu nén: ' c f = 30MPa. + Trọng lượng riêng của bê tông: γ c = 25kN/m 3 . • Cốt thép thường : + Theo tiêu chuẩn ASTM 706M. + Giới hạn chảy f y = 420MPa. + Mô đun đàn hồi E s = 2x10 5 MPa. 1.4 CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN 1.4.1 Hệ số tải trọng STT Loại tải trọng Kí hiệu Giá trị 1 Tĩnh tải giai đoạn I DC γ DC 1.250 2 Tĩnh tải giai đoạn II DW γ DW 1.500 3 Hoạt tải γ ht 1.750 1.4.2 Hệ số xung kích • Hệ số xung kích xét cho tải trọng thiết kế ( 1+ IM ) = 1,25 1.4.3 Hệ số làn xe Số làn M 1 1.2 2 1 3 0.85 >3 0.65 Với 4 làn xe thiết kế, ta có m = 0,65 . 1.5 KÍCH THƯỚC CẤU TẠO DẦM CHỦ 1.5.1 Cấu tạo dầm chủ • Chiều dài kết cấu nhịp: + Chiều dài nhịp giữa: L g = 100 m. + Chiều dài nhịp biên: L b =70 m. • Mặt cắt ngang: Dựa vào kinh nghiệm mối quan hệ giữa chiều cao hộp, chiều dày bản nắp , bản đáy với L g và khổ cầu ta sơ bộ chọn mặt cắt ngang kết cấu nhịp như hình vẽ: MẶT CẮT 2-3 12000 300 5880 600 2415 2500 250 300 2978.3333 400 400 2 % 2 % 500 500 MẶT CẮT 1-1 12000 2000 5880 600 300 1600 2 % 2 % 500 1.5.2 Phương trình đường cong đáy dầm và đương cong mặt cầu nhịp giữa. • Xác định phương trình đường cong mặt cầu ở giữa nhịp: • Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ dưới • Xuất phát từ phương trình đường cong tròn: = m , R: Bán kính đường cong tròn, gốc tọa độ tại O’ Ta chuyển gốc tọa độ: gốc O’ tới vị trí O ( chọn vị trí gốc tọa độ O là tại điểm cách gối 1,5m theo phương dọc cầu ) Với : X 1 =X – AO = = = X – 48,5 Và Y 1 =Y + O’A = Y + = Y + 4993,88 Trong đó : H O : là chiều cao mặt trên của dầm tại gối. L g :Chiều dài nhịp giữa. Vậy phương trình đường cong mặt cầu : Y 1 = – 4993,88 C B A O ' O R = 5 0 0 0 M • Xác định phương trình đường cong đáy dầm ở giữa nhịp : • Tại vị trí giữa nhịp : x 1 = 48.5 m => y 1 =6.12 m • Giả thiết đáy dầm có cao độ thay đổi theo đường cong Parabol bậc 2 tại mặt cắt giữa nhịp : y = ax 2 + bx + c (0,0) Y A B X • Gốc tọa độ tại điểm nằm ngang cách tim gối 1.5 m. • Vì phương trình đi qua điểm có tọa độ (0,0) nên phương trình Parabol có dạng • Y 2 = ax 2 + bx • Ta có hai cặp tọa độ sau : A(48.5;3.62), B(97;0). • Thay số, và giải hệ phương trình ta có : • a = - 0.00154 • b = 0.14928 • Vậy phương trình đường cong đáy dầm có dạng: • Y 2 = -0.00154x 2 + 0.14928x. 1.5.3 Phương trình đường cong thay đổi chiều dày bản đáy • Phương trình đường cong là đường Parabol bậc 2 có dạng: y = ax 2 + bx + c • Gốc tọa độ tại điểm nằm ngang cách tim gối 1.5m. • Phương trình đi qua 3 điểm : A(48.5;3.87), B(97;0.6), C(0;0.6). • Thay số, và giải hệ phương trình ta có: a = -0.00156 b = 0.15134 • Vậy phương trình đường cong thay đổi chiều dày bản đáy có dạng: Y 3 = -0.00156x 2 + 0.15134x + 0.6 1.5.4 Phân chia đốt dầm • Công tác chia đốt dầm tùy thuộc vào năng lực của xe đúc. Ta chia như sau : [...]... kN/m 1.6.3 • Tính toán nội lực Nội lực tại các mặt cắt được tính toán qua 2 giai đoạn: Giai đoạn thi công và giai đoạn khai thác • Giai đoạn thi công: + Sơ đồ 1: Giai đoạn đúc hẫng đối xứng + Sơ đồ 2: Giai đoạn hợp long nhịp bien + Sơ đồ 3: Giai đoạn hợp long nhịp giữa • Giai đoạn khai thác: + Sơ đồ 4: Sơ đồ dỡ tải trọng thi công + Sơ đồ 5: Sơ đồ rải tĩnh tải phần II + Sơ đồ 6: Sơ đồ cầu chịu hoạt tải... kết cấu đối xứng, nên ta chỉ cần tính nội lực tại vị trí trụ T3,T4 và tại mặt cắt giữa nhịp 1.6.3.1 Giai đoạn thi công Sơ đồ 1:Giai đoạn đúc hẫng đối xứng • Tải trọng bao gồm: + Trọng lượng bản thân các đốt dầm tiêu chuẩn: qbt + Tải trọng thi công tiêu chuẩn: qtc =2,4 12 = 28,8 kN/m + Trọng lượng xe đúc: PXD = 800 kN • Hệ số tải trọng: + Tĩnh tải giai đoạn I : γ1 = 1,25 + Tải trọng thi công : γc =... 1,25 + Tải trọng thi công : γc = 1,25 + Tải trọng xe đúc : γd = 1,25 • Sử dụng Midas 7.01 để tính toán và phân tích nội lực ta có: Biểu đồ mômen giai đoạn đúc hẫng đối xứng Sơ đồ 2:Giai đoạn hợp long nhịp biên • Đúc đốt hợp long nhịp biên, khi bê tông đạt cường độ tiến hành căng cáp DƯL và sau đó tiến hành hạ đà giáo • Tải trọng bao gồm: + Tải trọng thi công tiêu chuẩn: qtc = 2,4 12 = 28,8 kN/m + Trọng... chữ T 1.5.6.1 Xác định bề rộng cánh hữu hiệu be • Theo điều 4.6.2.6.2 Quy trình 22TCN272-05 quy định bề rộng bản cánh hữu hiệu với dầm hộp đúc sẵn như sau: Có thể giả thi t các bề rộng bản cánh dầm hữu hiệu bằng bề rộng bản cánh thực nếu như: + b < 0,1.li + b < 3.do Trong đó : + do :Chiều cao của kết cấu nhịp, do = 5880 mm + li :Chiều dài nhịp quy ước • Đối với dầm liên tục, li = 0.8l đối với nhịp cuối;... (mm) + bw: Chiều dày bản bụng (mm) + hf : Chiều dày bản cánh chịu nén của dầm I hf = ts (mm) + a = c β1 :Chiều dày khối ứng suất tương đương (mm) + β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất theo quy định + As ,As’: Diện tích cốt thép thường chịu nén và chịu kéo • Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định có thể được xác định theo công thức sau: fps = fpu (1- k.) với k = 2.(1,04 - )... cần thi t Số bó cốt thép DƯL Diện tích cốt thép DƯL Kí hiệu Mtt Mặt cắt đỉnh trụ T3 Mặt cắt giữa nhịp Qua sườn Qua cánh h ap dp bw B hf a c Đơn vị kN m cm cm cm cm cm cm cm cm fps MPa Apsct cm2 25T15,2mm 27T15,2mm abo nct nbt Apsbt Vậy bố trí bó 25T15,2mm tại mặt cắt đỉnh trụ T3 và bố trí bó 27T15,2mm tại mặt cắt giữa nhịp 1.8 KIỂM TOÁN THEO TTGHCĐ 1.8.1 Công thức kiểm toán • Công thức kiểm toán: Mr... Bề dày bản bụng Bề rộng bản cánh chịu nén Chiều cao bản cánh chịu nén Chiều cao vùng chịu nén Vị trí trục trung hòa Chiều dày khối ứng suất tương đương Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL Sức kháng uốn danh định Sức kháng uốn tính toán Mômen uốn do tải trọng Kiểm tra D Act @ nt nl ds’ As ’ mm2 mm Than h Lớp mm mm2 ap dp Aps bw b hf c mm mm mm2 mm mm mm mm Qua sườn Qua cánh a fps Mn Mr Mu mm MPa kN.m... rộng bản cánh trên : bs = 12000 mm + Chiều cao bản cánh trên : ts =391 mm + Bề rộng sườn dầm : tw = 2400 mm + Chiều cao sườn : Dw = 1842 mm + Bề rộng bầu dầm : bb =5901 mm + Chiều cao bầu dầm : tb =269 mm 1.6 TÍNH TOÁN NỘI LỰC 1.6.1 Tĩnh tải giai đoạn I Hb tw Dw ts bs • Để đơn giản trong tính toán, ta coi trọng lượng trọng mỗi đốt đặt tải giữa đốt và thay đổi tuyến tính theo chiều dài đốt • Công thức... fps :Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL ở sức kháng uốn danh định của dầm + dp : Khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trọng tâm cốt thép DƯL (mm) + b : Bề rộng của mặt chịu nén của bản cấu kiện (mm) + bw : Chiều dày bản bụng (mm) + hf : Chiều dày bản cánh chịu nén của dầm I, hf = ts (mm) + a = c β1 : Chiều dày khối ứng suất tương đương (mm) + β1 : Hệ số chuyển đổi biểu đồ ứng suất theo quy... đi qua cánh c > hf) 1.7.3 Tính số bó cốt thép chịu mômen âm và mômen dương Các đại lượng Mômen tính toán Chiều cao mặt cắt Chiều cao bố trí cáp DƯL Chiều cao có hiệu của mặt cắt Bề dày bản bụng Bề rộng bản cánh chịu nén Chiều cao bản cánh chịu nén Chiều dày khối ứng suất tương đương Chiều cao vùng chịu nén Vị trí trục trung hòa Ứng suất trung bình trong cốt thép DƯL Diện tích cốt thép DƯL cần thi t Loại . phương án cầu liên tục BTCT dự ứng lực thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng. 1.2 GIỚI THI U CHUNG VỀ PHƯƠNG ÁN 1.2.1 Tiêu chuẩn thi t kế Cầu được thi t kế theo tiêu chuẩn thi t kế cầu 22TCN. TC3, TC4. 1.2.3 Sơ đồ kết cấu a. Kết cấu phần trên cầu Bê Tông dự ứng lực thi công bằng phương pháp đúc hẫng cân bằng. • Nhịp chính: + Dầm liên tục 3 nhịp 70 + 100 + 70m thi công đúc hẫng cân bằng. + Chiều. 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC HẪNG CÂN BẰNG 1.1.1 Lịch sử phát triển Trong số rất nhiều công nghệ thi công cầu BTCT, công nghệ thi công hẫng nổi lên với nhiều ưu điểm và được